中科院实现多自由度超纠缠态量子存储

中科院实现多自由度超纠缠态量子存储

中国科学院量子信息重点实验室的研究人员成功实现了两个存储单元之间的高维纠缠及多自由度的超纠缠。

量子纠缠及其存储是实现量子计算和量子网络通信的关键技术之一。构建大信息量、长距离的量子网络首先要解决高维纠缠的量子存储问题。利用光子的轨道角动量（OAM）可构成一个无限维度的完备的希尔伯特空间，将光子编码在该空间可大幅增加光子的信息携带量，提高量子网络的信道容量。此外，利用光子的高维编码态可实现量子全息隐形传态、量子镜像密集编码、全息量子计算等量子信息协议。研究人员巧妙地通过成像系统，将与第一个冷原子系综具有高维纠缠的单光子送至第二个原子系综存储下来，并证明了两个原子系综之间存在7维轨道角动量纠缠。

作为量子信息载体的光子之间既能在偏振、路径、空间模式等单个自由度之间产生纠缠，也可同时在多个自由度实现纠缠，即产生“超纠缠”。超纠缠可以实现更有效的贝尔态测量，构建非对称的光量子网络，提高量子网络的信道容量，也有助于量子计算的物理实现等。研究人员利用干涉技术产生了与第一个原子系综具有路径和轨道角动量两个自由度纠缠的光子，然后将该单光子送至第二个冷原子系综，利用另一个干涉仪将其存储下来，从而在两个原子系综之间建立了路径和轨道角动量两个自由度的超纠缠。

该项研究是我国在复杂量子纠缠态存储方面取得的重要突破，达到了国际领先水平。

(吴长锋)