中科院實現多自由度超糾纏態量子存儲

中科院實現多自由度超糾纏態量子存儲

中國科學院量子信息重點實驗室的研究人員成功實現了兩個存儲單元之間的高維糾纏及多自由度的超糾纏。

量子糾纏及其存儲是實現量子計算和量子網絡通信的關鍵技術之一。構建大信息量、長距離的量子網絡首先要解決高維糾纏的量子存儲問題。利用光子的軌道角動量（OAM）可構成一個無限維度的完備的希爾伯特空間，將光子編碼在該空間可大幅增加光子的信息攜帶量，提高量子網絡的信道容量。此外，利用光子的高維編碼態可實現量子全息隱形傳態、量子鏡像密集編碼、全息量子計算等量子信息協議。研究人員巧妙地通過成像系統，將與第一個冷原子系綜具有高維糾纏的單光子送至第二個原子系綜存儲下來，并證明了兩個原子系綜之間存在7維軌道角動量糾纏。

作為量子信息載體的光子之間既能在偏振、路徑、空間模式等單個自由度之間產生糾纏，也可同時在多個自由度實現糾纏，即產生“超糾纏”。超糾纏可以實現更有效的貝爾態測量，構建非對稱的光量子網絡，提高量子網絡的信道容量，也有助于量子計算的物理實現等。研究人員利用干涉技術產生了與第一個原子系綜具有路徑和軌道角動量兩個自由度糾纏的光子，然后將該單光子送至第二個冷原子系綜，利用另一個干涉儀將其存儲下來，從而在兩個原子系綜之間建立了路徑和軌道角動量兩個自由度的超糾纏。

該項研究是我國在復雜量子糾纏態存儲方面取得的重要突破，達到了國際領先水平。

(吳長鋒)