我校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在基于冷原子的量子存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究中取得了重要進(jìn)展：該團(tuán)隊(duì)史保森教授?丁冬生教授等與合作者利用冷原子系綜實(shí)現(xiàn)了25維量子態(tài)的高效率存儲(chǔ)。該研究成果于2023年12月15日在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊<<物理評(píng)論快報(bào)>>上[Phys. Rev. Lett.131，240801（2023）]。

量子存儲(chǔ)器是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)不可或缺的功能單元，而實(shí)現(xiàn)高維量子態(tài)的高效率存儲(chǔ)對(duì)提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量具有重要意義。近年來(lái)，盡管研究人員基于不同物理體系實(shí)現(xiàn)了高效率的量子存儲(chǔ)，然而這些存儲(chǔ)器要么所存儲(chǔ)的量子態(tài)是一個(gè)兩維態(tài)，要么雖然實(shí)現(xiàn)了高維態(tài)存儲(chǔ)，但存儲(chǔ)效率較低。實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足高維、高效率的量子存儲(chǔ)器仍然面臨很大的挑戰(zhàn)。

圖1.高維維量子存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)示意圖

為了解決這一難題，近年來(lái)史保森教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了高維量子存儲(chǔ)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(guò)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(chǔ)介質(zhì)，以完美渦旋光作為信息載體，并采用軌道角動(dòng)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(dòng)量拓?fù)浜蓴?shù)無(wú)關(guān)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了25維的光量子態(tài)存儲(chǔ)，效率達(dá)到60%。由于該存儲(chǔ)器對(duì)25個(gè)軌道角動(dòng)量模式態(tài)具有相同的存儲(chǔ)效率，因此不僅可以存儲(chǔ)一個(gè)25維量子態(tài)，也可以對(duì)一個(gè)由25個(gè)軌道角動(dòng)量模式任意組合的高維量子態(tài)進(jìn)行高效率存儲(chǔ)，顯示出對(duì)任意可編程量子態(tài)的兼容能力，因此該結(jié)果在實(shí)際量子通訊中具有重要應(yīng)用價(jià)值。

（a）

(b)

圖2(a)任意軌道角動(dòng)量模式的量子態(tài)存儲(chǔ)；(b)任意軌道角動(dòng)量模式組合的量子態(tài)存儲(chǔ)效率。

本工作第一作者為中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(xiàng)工作得到了國(guó)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(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)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）