中科大实现多自由度超纠缠态量子存储

本报讯 11月16日，记者从中科大获悉，该校中科院量子信息重点实验室史保森教授小组最近实现两个量子存储单元之间的高维纠缠及多自由度的量子超纠缠。成果先后发表于著名学术期刊《光：科学与应用》和《自然·通讯》上，对于构建大信息量、长距离的量子网络和不同自由度的混合量子网络具有重要意义。

利用光子的轨道角动量，可以构成一个无限维完备的希尔伯特空间，将光子编码在该空间可以大幅度增加光子的信息携带量，提高量子网络的信道容量。利用光子的高维编码态可以实现全息量子隐形传态、全息量子计算等量子信息协议。量子纠缠的存储是实现量子计算和量子网络通信的关键技术之一，构建大信息量、长距离量子网络首先要解决高维纠缠的量子存储。

光子既能在偏振、路径等单个自由度之间产生纠缠，也可以同时在多个自由度实现纠缠，即产生所谓超纠缠。相比于单自由度纠缠，多自由度超纠缠可以实现更有效的贝尔态测量，提高量子网络的信道容量，也有助于量子纯化、量子计算的物理实现，还可以应用于量子力学基本问题如非局域性的深入研究等。此前，多自由度超纠缠态量子存储在国际上尚属空白。

史保森小组最近利用激光冷却与囚禁的冷原子系综，实现两个量子存储单元之间的光子轨道角动量七维纠缠。基于冷原子系综的自发拉曼过程，他们利用自锁定的干涉技术产生了光子轨道角动量二维纠缠和三维纠缠，而后将单光子送到第二个冷原子系综，利用另一个自锁定干涉仪将其存储下来，从而在两个原子系综之间建立了两个自由度之间的超纠缠。（记者 桂运安）