中科院首次實現(xiàn)光子軌道角動量糾纏的量子存儲

中國科學院量子信息重點實驗室在高維量子中繼研究方面取得新進展，在國際上首次實現(xiàn)了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基于高維量子中繼器實現(xiàn)遠距離、大信息量量子信息傳輸?shù)目尚行?。光子的軌道角動量產(chǎn)生于電磁波的螺旋相位面。將光子編碼在軌道角動量空間可以大幅增加光子的信息攜帶量；利用光子的高維編碼態(tài)還可提高量子密鑰傳輸?shù)陌踩?，實現(xiàn)量子全息隱形傳態(tài)、量子鏡像密集編碼、全息量子計算等量子信息協(xié)議。遠距離量子通信的實現(xiàn)必須在相鄰存儲單元之間建立量子糾纏，利用量子糾纏交換技術實現(xiàn)量子中繼，進而拓展信息傳輸?shù)木嚯x。因此，實現(xiàn)大信息量、長距離的量子信息傳輸首先必須解決量子高維糾纏的存儲問題。

中科院的研究人員首次實現(xiàn)了光子軌道角動量糾纏在2個存儲單元之間的存儲，利用2個磁光阱制備出了2個冷原子團，在其中1個冷原子團內(nèi)采用自發(fā)拉曼（Raman）過程制備了單光子與原子系綜之間的糾纏。而后利用拉曼存儲協(xié)議將該光子存儲于另1個作為存儲介質(zhì)的冷原子團中，實現(xiàn)了軌道角動量糾纏在2個原子系綜之間的存儲。為了檢驗糾纏特性，研究人員將原子系綜之間的糾纏轉(zhuǎn)移到光子之間，利用量子層析技術重構了糾纏態(tài)的密度矩陣。實驗結(jié)果表明，這種軌道角動量糾纏可以被高保真地存儲。

(張 曉)