帖子
勛章
關(guān)注
任務(wù)
中國科大實(shí)現(xiàn)多自由度超糾纏態(tài)的量子存儲(chǔ)  利用光子的軌道角動(dòng)量（OAM）可以構(gòu)成一個(gè)無限維的完備的Hilbert空間，將光子編碼在該空間可以大幅度增加光子的信息攜帶量，提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量。此外，利用光子的高維編碼態(tài)可以實(shí)現(xiàn)諸如量子全息隱形傳態(tài)、量子鏡像密集編碼、全息量子計(jì)算等量子信息協(xié)議，還可以應(yīng)用于量子力學(xué)基本問題如Bell不等式的檢驗(yàn)等研究。量子糾纏是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信、可擴(kuò)展線性量子計(jì)算的核心，而量子糾纏的存儲(chǔ)則是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。構(gòu)建大信息量、長距離的量子網(wǎng)絡(luò)首先需要解決的問題就是高維糾纏的量子存儲(chǔ)。 近年來，史保森小組一直活躍于量子存儲(chǔ)的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，并利用激光冷卻與囚禁的冷原子系綜作為存儲(chǔ)介質(zhì)開展高維量子存儲(chǔ)的系統(tǒng)研究，在2013年和2015年分別實(shí)現(xiàn)了OAM單光子[Nat. Commun. 4, 2527(2013)]和二維OAM糾纏[Phys. Rev. Lett. 114, 050502 (2015)]的量子存儲(chǔ)。最近，該小組在該領(lǐng)域再次取得新進(jìn)展：他們首先利用第一個(gè)冷原子系綜的自發(fā)拉曼散射制備光子和原子自旋波的高維OAM糾纏，然后巧妙地通過成像系統(tǒng)把制備的單光子送到第二個(gè)冷原子系綜存儲(chǔ)下來，利用高維糾纏的witness判據(jù)證明了兩個(gè)作為存儲(chǔ)單元的原子系綜之間存在7維OAM糾纏。這項(xiàng)工作對(duì)高維量子信息網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建具有重要意義。主要成果發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》[Light: Sci. & Appl. 5，e16157 (2016)]上。 作為量子信息載體的光子之間既能在諸如偏振、路徑、空間模式等單個(gè)自由度之間產(chǎn)生糾纏，也可以同時(shí)在多個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)糾纏，即產(chǎn)生所謂超糾纏。多自由度超糾纏相比于單自由度糾纏具有很多優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)更有效的Bell態(tài)測(cè)量，構(gòu)建非對(duì)稱的光量子網(wǎng)絡(luò)，提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量，也可有助于量子純化、量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)，還可以應(yīng)用于量子力學(xué)基本問題如非局域性的深入研究等。近年來，關(guān)于超糾纏的研究成為量子信息領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，取得了許多重要進(jìn)展，如超糾纏態(tài)的制備、基于超糾纏態(tài)的多自由度隱形傳態(tài)等。但迄今為止，如何實(shí)現(xiàn)超糾纏態(tài)的量子存儲(chǔ)、建立不同存儲(chǔ)單元之間的多自由度超糾纏，還未見任何報(bào)道。 史保森、丁冬生等開展了多自由度量子糾纏的存儲(chǔ)研究，他們首先基于原子系綜的自發(fā)拉曼過程，利用自鎖定的干涉技術(shù)產(chǎn)生了光子偏振與原子自旋波波矢的二維糾纏和光子與自旋波的OAM三維糾纏，而后將單光子送到第二個(gè)冷原子系綜，利用另一個(gè)自鎖定干涉儀將其存儲(chǔ)下來，從而在兩個(gè)原子系綜之間建立了自旋波波矢和OAM兩個(gè)自由度之間的超糾纏。該成果對(duì)構(gòu)建不同自由度的混合量子網(wǎng)絡(luò)具有重要參考價(jià)值，對(duì)不同存儲(chǔ)單元之間不同自由度糾纏的兼容性問題研究具有重要意義。主要成果發(fā)表在Nat. Commun. 7, Article Number 13514 (2016)上。 博士研究生張偉分別為Light: Sci. & Appl.論文的并列第一作者和Nat. Commun.論文的第一作者。上述研究工作得到國家基金委、中科院、科技部和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。 |
