中國科大實現(xiàn)多自由度超糾纏態(tài)的量子存儲
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點實驗室在量子存儲研究方向取得系列進展,該實驗室教授史保森小組實現(xiàn)了兩個存儲單元之間的高維糾纏及多自由度的超糾纏,主要研究成果分別于10月21日和11月14日發(fā)表在國際光學(xué)期刊《光:科學(xué)與應(yīng)用》[Light: Sci. & Appl. 5, e16157 (2016)]和國際學(xué)術(shù)綜合期刊《自然-通訊》[Nat. Commun. 7, Article Number 13514 (2016)]上。 利用光子的軌道角動量(OAM)可以構(gòu)成一個無限維的完備的Hilbert空間,將光子編碼在該空間可以大幅度增加光子的信息攜帶量,提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量。此外,利用光子的高維編碼態(tài)可以實現(xiàn)諸如量子全息隱形傳態(tài)、量子鏡像密集編碼、全息量子計算等量子信息協(xié)議,還可以應(yīng)用于量子力學(xué)基本問題如Bell不等式的檢驗等研究。量子糾纏是實現(xiàn)遠距離量子通信、可擴展線性量子計算的核心,而量子糾纏的存儲則是實現(xiàn)量子計算和量子網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。構(gòu)建大信息量、長距離的量子網(wǎng)絡(luò)首先需要解決的問題就是高維糾纏的量子存儲。 近年來,史保森小組一直活躍于量子存儲的實驗研究領(lǐng)域,并利用激光冷卻與囚禁的冷原子系綜作為存儲介質(zhì)開展高維量子存儲的系統(tǒng)研究,在2013年和2015年分別實現(xiàn)了OAM單光子[Nat. Commun. 4, 2527(2013)]和二維OAM糾纏[Phys. Rev. Lett. 114, 050502 (2015)]的量子存儲。最近,該小組在該領(lǐng)域再次取得新進展:他們首先利用第一個冷原子系綜的自發(fā)拉曼散射制備光子和原子自旋波的高維OAM糾纏,然后巧妙地通過成像系統(tǒng)把制備的單光子送到第二個冷原子系綜存儲下來,利用高維糾纏的witness判據(jù)證明了兩個作為存儲單元的原子系綜之間存在7維OAM糾纏。這項工作對高維量子信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有重要意義。主要成果發(fā)表在《光:科學(xué)與應(yīng)用》[Light: Sci. & Appl. 5,e16157 (2016)]上。 |