科學家實現高維量子態的高效率量子存儲

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中國科學院院士、中國科學技術大學教授郭光燦團隊在基于冷原子的量子存儲實驗研究中取得重要進展：該團隊教授史保森、丁冬生等與合作者利用冷原子系綜實現了25維量子態的高效率存儲。12月15日，研究成果在線發表于《物理評論快報》。

量子存儲器是構建量子網絡不可或缺的功能單元，而實現高維量子態的高效率存儲對提高量子網絡的信道容量具有重要意義。近年來，盡管研究人員基于不同物理體系實現了高效率的量子存儲，然而，這些存儲器要么所存儲的量子態是一個兩維態，要么雖然實現了高維態存儲，但存儲效率較低。實現滿足高維、高效率的量子存儲器仍然面臨很大的挑戰。

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高維量子存儲器實驗示意圖。中國科大供圖

為解決這一難題，近年來史保森帶領科研團隊開展了高維量子存儲器的深入研究。在前期研究進展的基礎上，最近他們首先通過激光冷卻與囚禁技術獲得大光學厚度的冷銣原子團，利用其作為存儲介質，再以完美渦旋光作為信息載體，并采用軌道角動量作為信息編碼自由度，最后利用完美渦旋光的橫截面大小與軌道角動量拓撲荷數無關的特點，實現了25維的光量子態存儲，效率達到60%。

由于該存儲器對25個軌道角動量模式態具有相同的存儲效率，因此不僅可以存儲一個25維量子態，也可以對一個由25個軌道角動量模式任意組合的高維量子態進行高效率存儲，顯示出對任意可編程量子態的兼容能力，因此該結果在實際量子通訊中具有重要應用價值。

相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.240801