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中國科大實現(xiàn)多自由度超糾纏態(tài)的量子存儲  利用光子的軌道角動量（OAM）可以構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，還可以應用于量子力學基本問題如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)絡通信的關鍵技術之一。構建大信息量、長距離的量子網(wǎng)絡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)絡的構建具有重要意義。主要成果發(fā)表在《光：科學與應用》[Light: Sci. & Appl. 5，e16157 (2016)]上。 作為量子信息載體的光子之間既能在諸如偏振、路徑、空間模式等單個自由度之間產(chǎn)生糾纏，也可以同時在多個自由度實現(xiàn)糾纏，即產(chǎn)生所謂超糾纏。多自由度超糾纏相比于單自由度糾纏具有很多優(yōu)點：可以實現(xiàn)更有效的Bell態(tài)測量，構建非對稱的光量子網(wǎng)絡，提高量子網(wǎng)絡的信道容量，也可有助于量子純化、量子計算的物理實現(xiàn)，還可以應用于量子力學基本問題如非局域性的深入研究等。近年來，關于超糾纏的研究成為量子信息領域的一個熱點，取得了許多重要進展，如超糾纏態(tài)的制備、基于超糾纏態(tài)的多自由度隱形傳態(tài)等。但迄今為止，如何實現(xiàn)超糾纏態(tài)的量子存儲、建立不同存儲單元之間的多自由度超糾纏，還未見任何報道。 |
