中国科学技术大学郭光灿院士团队史保森、丁冬生课题组利用磁场操控技术结合钟态制备的方法，实现了基于冷原子系综的光子高维轨道角动量态的长时间存储。相关成果近日发表于《物理评论快报》。
长距离量子通信的实现离不开量子中继，其中量子存储器是构建量子中继的核心。由于冷原子系综具有集体增强效应以及光谱一致性，可以有效存储光子的量子态，因此其作为极具潜力的量子存储器介质而备受青睐。众多工作表明，将多模存储器布局到量子网络中，能大幅提高信道容量，因此多模量子存储器的实现对于构建高容量量子网络具有重要价值。尽管多模量子存储领域已取得重要进展，但基于冷原子系综的长时间空间多模存储还有许多科学问题亟待解决，保证所存多模量子态在长时间存储之后仍具有较高的保真度就是其中之一。
研究人员利用铷冷原子体系，基于光子轨道角动量自由度，开展了高维多模光子态的长时间存储研究并取得重要进展。在本工作中，该团队通过操控极化磁场压制空间模式的横向消相干，并通过制备磁不敏感态进一步延长存储时间。团队还将带有时序控制的反向泵浦光的热原子池作为窄带滤波器，实现了对单光子量级信号光的滤波和探测。
该工作以两个三维轨道角动量叠加态为例开展长时间存储研究，实验发现，经过400微秒的存储时间后绝对保真度远高于通过脉冲平均光子数和存储效率计算出的量子-经典界限，表明该存储器仍可以工作在量子领域。同时，当存储时间从10微秒延长到400微秒时，存储器的读出效率由10.7%衰减到4.7%，降低了不到60%。研究成果对高容量量子网络的构建具有重要参考意义。
相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.193601
来源：中国科学报
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