我校郭光燦院士團(tuán)隊在基于冷原子的量子存儲實驗研究中取得了重要進(jìn)展：該團(tuán)隊史保森教授?丁冬生教授等與合作者利用冷原子系綜實現(xiàn)了25維量子態(tài)的高效率存儲。該研究成果于2023年12月15日在線發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊<<物理評論快報>>上[Phys. Rev. Lett.131,，240801（2023）],。
量子存儲器是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)不可或缺的功能單元，而實現(xiàn)高維量子態(tài)的高效率存儲對提高量子網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)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(tài)是一個兩維態(tài),，要么雖然實現(xiàn)了高維態(tài)存儲,，但存儲效率較低。實現(xiàn)滿足高維,、高效率的量子存儲器仍然面臨很大的挑戰(zhàn),。
圖1.高維維量子存儲器實驗示意圖
為了解決這一難題，近年來史保森教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊開展了高維量子存儲器的深入研究,，在以前研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,，最近他們利用通過激光冷卻與囚禁技術(shù)獲得的大光學(xué)厚度的冷銣原子團(tuán)作為存儲介質(zhì)，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,，利用完美渦旋光的橫截面大小與軌道角動量拓?fù)浜蓴?shù)無關(guān)的特點，實現(xiàn)了25維的光量子態(tài)存儲,，效率達(dá)到60%,。由于該存儲器對25個軌道角動量模式態(tài)具有相同的存儲效率，因此不僅可以存儲一個25維量子態(tài),，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(tài)進(jìn)行高效率存儲,，顯示出對任意可編程量子態(tài)的兼容能力，因此該結(jié)果在實際量子通訊中具有重要應(yīng)用價值,。
（a）
(b)
圖2(a)任意軌道角動量模式的量子態(tài)存儲,；(b)任意軌道角動量模式組合的量子態(tài)存儲效率。
本工作第一作者為中國科學(xué)院量子信息重點實驗室博士后董明新和博士生張偉航,，史保森教授,、丁冬生教授和合肥師范學(xué)院的李大創(chuàng)教授為通信作者。這項工作得到了國家自然科學(xué)基金委,、科技部的支持,。
文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.240801
（中國科學(xué)院量子信息重點實驗室、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、物理學(xué)院,、科研部）
