世界首個(gè)單光子空間結構量子存儲器誕生作者：史保森等 來(lái)源：《自然—通訊》 發(fā)布時(shí)間：2013-10-12 14:31:30
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士領(lǐng)導的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室在高維量子信息存儲方面取得重要進(jìn)展，該實(shí)驗室史保森教授研究小組在國際上首次實(shí)現攜帶軌道角動(dòng)量、具有空間結構的單光子脈沖在冷原子系綜中的存儲，邁出了基于高維量子中繼器實(shí)現遠距離大信息量量子信息傳輸的關(guān)鍵一步。該成果近日在線(xiàn)發(fā)表在《自然—通訊》上。
量子通信系統中作為載體的單光子所攜帶的信息量的大小與所處編碼的空間維數有關(guān)。目前光子主要編碼在一個(gè)二維空間，一個(gè)光子攜帶的信息量是一個(gè)比特。如果能將光子編碼在一個(gè)高維空間，如無(wú)限維的軌道角動(dòng)量空間，則單個(gè)光子所能攜帶的信息量將大幅度增加，極大地提高量子通信的效率，同時(shí)還可以提高量子密鑰傳輸的安全性，并在量子力學(xué)的一些基本問(wèn)題研究方面有非常重要的應用。
遠距離量子通信的實(shí)現和量子網(wǎng)絡(luò )的構成必須借助于量子中繼器，而量子存儲單元是量子中繼器的核心，實(shí)現光子攜帶信息在存儲單元中的存儲是實(shí)現中繼功能的關(guān)鍵。雖然這方面的研究已取得重大進(jìn)展，但迄今為止實(shí)驗存儲的單光子均為高斯脈沖，且被編碼于二維空間，只能實(shí)現一個(gè)比特的存儲。因此，能否實(shí)現編碼于高維空間光子的量子存儲是提高量子通信效率、構建基于高維中繼器的遠距離量子通信系統和量子網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵。
史保森教授和博士生丁冬生等一直致力于解決上述問(wèn)題。最近，他們首次成功實(shí)現了攜帶軌道角動(dòng)量、具有空間結構的單光子脈沖的存儲，證明高維量子態(tài)的存儲是完全可行的。該小組通過(guò)兩個(gè)磁光阱制備了兩個(gè)冷原子團，利用其中一個(gè)冷原子團制備標記單光子，并使該光子攜帶一定的軌道角動(dòng)量，具有特殊的空間結構。然后利用原子與光的相互作用將它存儲于另一個(gè)作為存儲介質(zhì)的冷原子團中，結果證明單光子攜帶的軌道角動(dòng)量及其疊加態(tài)都可以被高保真地存儲。 （來(lái)源：科技日報 吳長(cháng)鋒 楊保國）
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《自然—通訊》發(fā)表論文摘要（英文）
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