(相關(guān)資料圖)

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的史保森、丁冬生課題組利用磁場(chǎng)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(dòng)量態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，相關(guān)成果日前發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

長(zhǎng)距離量子通信的實(shí)現(xiàn)離不開量子中繼，其中量子存儲(chǔ)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(chǔ)光子的量子態(tài)，因此作為極具潛力的量子存儲(chǔ)器介質(zhì)而備受青睞。研究表明，將多模存儲(chǔ)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(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)對(duì)于構(gòu)建高容量量子網(wǎng)絡(luò)具有重要價(jià)值。盡管多模量子存儲(chǔ)領(lǐng)域已取得重要進(jìn)展，但基于冷原子系綜的長(zhǎng)時(shí)間空間多模存儲(chǔ)還存在許多科學(xué)問(wèn)題亟待解決，其中之一是難以保證所存多模量子態(tài)在長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)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(chǎng))的干擾造成的。

科研團(tuán)隊(duì)利用銣冷原子體系，基于光子軌道角動(dòng)量自由度，開展了高維多模光子態(tài)的長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)研究。研究人員通過(guò)操控極化磁場(chǎng)壓制空間模式的橫向消相干、并通過(guò)制備磁不敏感態(tài)進(jìn)一步延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間。他們將帶有時(shí)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(duì)單光子量級(jí)信號(hào)光的濾波和探測(cè)。

研究人員以兩個(gè)三維軌道角動(dòng)量疊加態(tài)為例開展長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)400微秒的存儲(chǔ)時(shí)間后絕對(duì)保真度遠(yuǎn)高于通過(guò)脈沖平均光子數(shù)和存儲(chǔ)效率計(jì)算出的量子-經(jīng)典界限，表明該存儲(chǔ)器仍可以工作在量子領(lǐng)域。同時(shí)，當(dāng)存儲(chǔ)時(shí)間從10微秒延長(zhǎng)到400微秒時(shí)，存儲(chǔ)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(duì)高容量量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有重要參考意義。

(中國(guó)科大供圖)

關(guān)鍵詞： 存儲(chǔ)時(shí)間 軌道角動(dòng)量 研究人員 重要進(jìn)展