郭光燦等實現光子軌道角動量糾纏量子存儲

　　近日，中國科學技術大學郭光燦院士帶領的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，首次在國際上實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基于高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。相關研究已發表于《物理評論快報》。

　　光子的軌道角動量產生于電磁波螺旋前進的波前，可構成一個無限維的編碼空間，將光子編碼在軌道角動量空間，可大幅度增加光子的信息攜帶量。此外，利用光子的高維編碼態還可以提高量子密鑰傳輸的安全性，實現二維編碼態無法完成的量子信息協議，并進行量子力學基本問題的研究。

　　要實現大信息量、長距離的量子信息傳輸，必須借助于量子中繼器，而量子存儲單元是構成量子中繼器的核心，因此必須首先實現高維量子糾纏的存儲。截至目前，有關軌道角動量糾纏存儲方面的研究仍是空白。

　　研究人員利用兩個磁光阱制備了兩個冷原子團，在其中一個冷原子團制備了單光子與原子系綜之間的糾纏，然后將該光子存儲在另一個冷原子團中，從而實現了軌道角動量糾纏在兩個原子系綜之間的存儲。

　　為了檢驗糾纏特性，他們利用量子層析技術重構了存儲糾纏態的密度矩陣，通過對比存儲前后雙光子干涉可視度和計算存儲保真度等，檢驗了存儲過程對糾纏程度的影響。實驗結果表明，軌道角動量糾纏可以被高保真地存儲。專家稱，這項工作對實現高維量子中繼和遠距離大信息量量子信息傳輸具有重要意義。