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記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊的史保森、丁冬生課題組利用磁場操控技術結合鐘態制備的方法，實現了基于冷原子系綜的光子高維軌道角動量態的長時間存儲，相關成果日前發表在著名學術期刊《物理評論快報》上。

長距離量子通信的實現離不開量子中繼，其中量子存儲器是構建量子中繼的核心。由于冷原子系綜具有集體增強效應以及光譜一致性，可以有效地存儲光子的量子態，因此作為極具潛力的量子存儲器介質而備受青睞。研究表明，將多模存儲器布局到量子網絡中，能大幅度提高信道容量，因此多模量子存儲器的實現對于構建高容量量子網絡具有重要價值。盡管多模量子存儲領域已取得重要進展，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問題亟待解決，其中之一是難以保證所存多模量子態在長時間存儲之后仍具有較高的保真度，而這是由于復雜的空間模式更容易受到周圍環境(例如磁場)的干擾造成的。

科研團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進一步延長存儲時間。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，實現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為例開展長時間存儲研究，實驗發現經過400微秒的存儲時間后絕對保真度遠高于通過脈沖平均光子數和存儲效率計算出的量子-經典界限，表明該存儲器仍可以工作在量子領域。同時，當存儲時間從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絡的構建具有重要參考意義。

(中國科大供圖)

關鍵詞： 存儲時間 軌道角動量 研究人員 重要進展