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記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊的史保森、丁冬生課題組利用磁場操控技術(shù)結(jié)合鐘態(tài)制備的方法，實(shí)現(xiàn)了基于冷原子系綜的光子高維軌道角動量態(tài)的長時間存儲，相關(guān)成果日前發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上。

長距離量子通信的實(shí)現(xiàn)離不開量子中繼，其中量子存儲器是構(gòu)建量子中繼的核心。由于冷原子系綜具有集體增強(qiáng)效應(yīng)以及光譜一致性，可以有效地存儲光子的量子態(tài)，因此作為極具潛力的量子存儲器介質(zhì)而備受青睞。研究表明，將多模存儲器布局到量子網(wǎng)絡(luò)中，能大幅度提高信道容量，因此多模量子存儲器的實(shí)現(xiàn)對于構(gòu)建高容量量子網(wǎng)絡(luò)具有重要價值。盡管多模量子存儲領(lǐng)域已取得重要進(jìn)展，但基于冷原子系綜的長時間空間多模存儲還存在許多科學(xué)問題亟待解決，其中之一是難以保證所存多模量子態(tài)在長時間存儲之后仍具有較高的保真度，而這是由于復(fù)雜的空間模式更容易受到周圍環(huán)境(例如磁場)的干擾造成的。

科研團(tuán)隊利用銣冷原子體系，基于光子軌道角動量自由度，開展了高維多模光子態(tài)的長時間存儲研究。研究人員通過操控極化磁場壓制空間模式的橫向消相干、并通過制備磁不敏感態(tài)進(jìn)一步延長存儲時間。他們將帶有時序控制的反向泵浦光的熱原子池作為窄帶濾波器，實(shí)現(xiàn)了對單光子量級信號光的濾波和探測。

研究人員以兩個三維軌道角動量疊加態(tài)為例開展長時間存儲研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過400微秒的存儲時間后絕對保真度遠(yuǎn)高于通過脈沖平均光子數(shù)和存儲效率計算出的量子-經(jīng)典界限，表明該存儲器仍可以工作在量子領(lǐng)域。同時，當(dāng)存儲時間從10微秒延長到400微秒時，存儲器的讀出效率由10.7%衰減到4.7%，降低了不到60%。研究成果對高容量量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有重要參考意義。

(中國科大供圖)

關(guān)鍵詞： 存儲時間 軌道角動量 研究人員 重要進(jìn)展