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光子轨道角动量纠缠量子存储实现

发布时间:2019-11-15 06:57:07 编辑:笔名

近日,中国科学技术大学郭光灿院士带领的中科院量子信息重点实验室史保森小组在高维量子中继研究方向取得重要进展,首次在国际上实现了光子轨道角动量纠缠的量子存储,进一步证明了基于高维量子中继器实现远距离大信息量量子信息传输的可行性。相关研究已发表于《物理评论快报》。

光子的轨道角动量产生于电磁波螺旋前进的波前,可构成一个无限维的编码空间,将光子编码在轨道角动量空间,可大幅度增加光子的信息携带量。此外,利用光子的高维编码态还可以提高量子密钥传输的安全性,实现二维编码态无法完成的量子信息协议,并进行量子力学基本问题的研究。

要实现大信息量、长距离的量子信息传输,必须借助于量子中继器,而量子存储单元是构成量子中继器的核心,因此必须首先实现高维量子纠缠的存储。截至目前,有关轨道角动量纠缠存储方面的研究仍是空白。

研究人员利用两个磁光阱制备了两个冷原子团,在其中一个冷原子团制备了单光子与原子系综之间的纠缠,然后将该光子存储在另一个冷原子团中,从而实现了轨道角动量纠缠在两个原子系综之间的存储。

为了检验纠缠特性,他们利用量子层析技术重构了存储纠缠态的密度矩阵,通过对比存储前后双光子干涉可视度和计算存储保真度等,检验了存储过程对纠缠程度的影响。实验结果表明,轨道角动量纠缠可以被高保真地存储。专家称,这项工作对实现高维量子中继和远距离大信息量量子信息传输具有重要意义。

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