中科院首次实现光子轨道角动量纠缠的量子存储

中国科学院量子信息重点实验室在高维量子中继研究方面取得新进展，在国际上首次实现了光子轨道角动量纠缠的量子存储，进一步证明了基于高维量子中继器实现远距离、大信息量量子信息传输的可行性。光子的轨道角动量产生于电磁波的螺旋相位面。将光子编码在轨道角动量空间可以大幅增加光子的信息携带量；利用光子的高维编码态还可提高量子密钥传输的安全性，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。远距离量子通信的实现必须在相邻存储单元之间建立量子纠缠，利用量子纠缠交换技术实现量子中继，进而拓展信息传输的距离。因此，实现大信息量、长距离的量子信息传输首先必须解决量子高维纠缠的存储问题。

中科院的研究人员首次实现了光子轨道角动量纠缠在2个存储单元之间的存储，利用2个磁光阱制备出了2个冷原子团，在其中1个冷原子团内采用自发拉曼（Raman）过程制备了单光子与原子系综之间的纠缠。而后利用拉曼存储协议将该光子存储于另1个作为存储介质的冷原子团中，实现了轨道角动量纠缠在2个原子系综之间的存储。为了检验纠缠特性，研究人员将原子系综之间的纠缠转移到光子之间，利用量子层析技术重构了纠缠态的密度矩阵。实验结果表明，这种轨道角动量纠缠可以被高保真地存储。

(张 晓)