郭光灿等实现光子轨道角动量纠缠量子存储

(记者杨)近日，中国科学院量子信息重点实验室史宝森团队在中国科技大学郭广灿院士的带领下，在高维量子中继的研究方向上取得了重要进展，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长距离、大容量量子信息传输的可行性。相关研究发表在《物理评论快报》上。

光子的轨道角动量是在电磁波螺旋波阵面中产生的，可以形成一个无限维的编码空间。在轨道角动量空间对光子进行编码可以大大增加光子的信息携带能力。此外，利用光子的高维编码态还可以提高量子密钥传输的安全性，实现二维编码态无法完成的量子信息协议，开展量子力学基础问题的研究。

为了实现大量的信息和长距离的量子信息传输，我们必须依靠量子中继器，而量子存储单元是量子中继器的核心，所以我们必须首先实现高维量子纠缠存储。到目前为止，轨道角动量纠缠存储的研究还是空白。

研究人员利用两个磁光阱来制备两个冷原子团。一个冷原子团制备了单光子与原子系综之间的纠缠，然后将光子存储在另一个冷原子团中，从而实现了两个原子系综之间轨道角动量纠缠的存储。

为了测试纠缠特性，他们用量子色谱技术重建了存储纠缠态的密度矩阵。通过比较存储前后双光子干涉的可见度和计算存储的保真度，他们测试了存储过程对纠缠度的影响。实验结果表明，轨道角动量纠缠可以高保真地存储。专家表示，这项工作对实现高维量子中继和长距离量子信息传输具有重要意义。

中国科学新闻(2015-03-03第一版集锦)