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中國(guó)科大實(shí)現(xiàn)了多模量子態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ) 長(zhǎng)距離量子通信的實(shí)現(xiàn)離不開量子中繼，其中量子存儲(chǔ)器是構(gòu)建量子中繼的核心。由于冷原子系綜具有集體增強(qiáng)效應(yīng)以及光譜一致性，可以有效地存儲(chǔ)光子的量子態(tài)，因此作為極具潛力的量子存儲(chǔ)器介質(zhì)而備受青睞。學(xué)術(shù)界的眾多工作表明，將多模存儲(chǔ)器布局到量子網(wǎng)絡(luò)中，能大幅度提高信道容量，因此多模量子存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)對(duì)于構(gòu)建高容量量子網(wǎng)絡(luò)具有重要價(jià)值。盡管多模量子存儲(chǔ)領(lǐng)域已取得重要進(jìn)展，但基于冷原子系綜的長(zhǎng)時(shí)間空間多模存儲(chǔ)還存在許多科學(xué)問題亟待解決，其中之一是難以保證所存多模量子態(tài)在長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)之后仍具有較高的保真度：這是由于復(fù)雜的空間模式更容易受到周圍環(huán)境（例如磁場(chǎng)）的干擾造成的。  圖1. 工作原理圖。(a)實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖；(b)對(duì)稱式鐘態(tài)制備的能級(jí)結(jié)構(gòu)及原理示意圖；(c)基于電磁誘導(dǎo)透明的存儲(chǔ)的能級(jí)結(jié)構(gòu)。 史保森、丁冬生領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)利用銣冷原子體系，基于光子軌道角動(dòng)量自由度，開展了高維多模光子態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)研究，取得重要進(jìn)展。在本工作中，團(tuán)隊(duì)通過操控極化磁場(chǎng)壓制空間模式的橫向消相干、并通過制備磁不敏感態(tài)進(jìn)一步延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間（如圖1所示）。團(tuán)隊(duì)將帶有時(shí)序控制的反向泵浦光的熱原子池作為窄帶濾波器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單光子量級(jí)信號(hào)光的濾波和探測(cè)。 該工作以兩個(gè)三維軌道角動(dòng)量疊加態(tài)（如圖2所示）為例開展長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過400μs的存儲(chǔ)時(shí)間后絕對(duì)保真度遠(yuǎn)高于通過脈沖平均光子數(shù)和存儲(chǔ)效率計(jì)算出的量子-經(jīng)典界限，表明該存儲(chǔ)器仍可以工作在量子領(lǐng)域。同時(shí)，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間從10μs延長(zhǎng)到400μs時(shí)，存儲(chǔ)器的讀出效率由10.7%衰減到4.7%，降低了不到60%。研究成果對(duì)高容量量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有重要參考意義。  圖2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(a)保真度、效率隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化以及量子-經(jīng)典界限，同時(shí)還通過ICCD記錄存儲(chǔ)的強(qiáng)相干光信號(hào)展示了存儲(chǔ)模式隨時(shí)間的變化；(b)重構(gòu)的讀出信號(hào)之密度矩陣。 該成果得到了審稿人的充分肯定：“…毫無疑問，此工作包含了有價(jià)值的結(jié)果，將對(duì)量子存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響…”（“…No doubt, the manuscript contains highly relevant results, with high impact on the development of quantum memory design and realization…”）。 中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士后葉英豪、博士生曾雷為本文的共同第一作者；丁冬生教授、史保森教授為本文的共同通訊作者。該成果得到了科技部、基金委、中科院、安徽省重大科技專項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的資助。 相關(guān)鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.193601 關(guān)鍵詞： 量子
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