科学家实现高维量子态的高效率量子存储

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科学家实现高维量子态的高效率量子存储

作者：郭光灿等 来源：《物理评论快报》 发布时间：2023/12/21 13:51:50

中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在基于冷原子的量子存储实验研究中取得重要进展：该团队教授史保森、丁冬生等与合作者利用冷原子系综实现了25维量子态的高效率存储。12 月 15 日，研究成果在线发表于《物理评论快报》。

量子存储器是构建量子网络不可或缺的功能单元，而实现高维量子态的高效率存储对提高量子网络的信道容量具有重要意义。近年来，尽管研究人员基于不同物理体系实现了高效率的量子存储，然而，这些存储器要么所存储的量子态是一个两维态，要么虽然实现了高维态存储，但存储效率较低。实现满足高维、高效率的量子存储器仍然面临很大的挑战。


高维量子存储器实验示意图。中国科大供图

为解决这一难题，近年来史保森带领科研团队开展了高维量子存储器的深入研究。在前期研究进展的基础上，最近他们首先通过激光冷却与囚禁技术获得大光学厚度的冷铷原子团，利用其作为存储介质，再以完美涡旋光作为信息载体，并采用轨道角动量作为信息编码自由度，最后利用完美涡旋光的横截面大小与轨道角动量拓扑荷数无关的特点，实现了 25 维的光量子态存储，效率达到 60% 。

由于该存储器对 25 个轨道角动量模式态具有相同的存储效率，因此不仅可以存储一个25维量子态，也可以对一个由 25 个轨道角动量模式任意组合的高维量子态进行高效率存储，显示出对任意可编程量子态的兼容能力，因此该结果在实际量子通讯中具有重要应用价值。

（来源：中国科学报 王敏）

相关论文信息： https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.240801