記者近日從(cong) 中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室史保森研究小組，在國際上首次實現攜帶軌道角動量、具有空間結構的單光子脈衝(chong) 在冷原子係綜中的存儲(chu) ，從(cong) 而邁出了基於(yu) 高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳(chuan) 輸的關(guan) 鍵一步。相關(guan) 成果日前在線發表於(yu) 《自然—通訊》雜誌。
 
     量子通信係統中，作為(wei) 載體(ti) 的單光子所攜帶信息量的大小與(yu) 所處編碼的空間維數有關(guan) 。目前，光子主要編碼在一個(ge) 二維空間，一個(ge) 光子攜帶的信息量為(wei) 一個(ge) 比特。如果能將光子編碼在一個(ge) 高維空間，如無限維的軌道角動量空間，單個(ge) 光子所能攜帶的信息量將大幅增加，從(cong) 而極大地提高量子通信的效率，還能提高量子密鑰傳(chuan) 輸的安全性。
 
      同時，遠距離量子通信的實現和量子網絡的構成必須借助於(yu) 量子中繼器，而量子存儲(chu) 單元是量子中繼器的核心，實現光子攜帶信息在存儲(chu) 單元中的存儲(chu) 是具備中繼功能的關(guan) 鍵。雖然這方麵的研究已取得重大進展，但迄今為(wei) 止實驗存儲(chu) 的單光子均為(wei) 高斯脈衝(chong) ，且被編碼於(yu) 二維空間，隻能實現一個(ge) 比特的存儲(chu) 。
 
      此次研究人員首次成功實現了攜帶軌道角動量、具有空間結構的單光子脈衝(chong) 的存儲(chu) ，證明高維量子態的存儲(chu) 是完全可行的。該研究小組通過兩(liang) 個(ge) 磁光阱製備了兩(liang) 個(ge) 冷原子團，利用其中一個(ge) 冷原子團製備標記單光子，並使該光子攜帶一定的軌道角動量，具有特殊的空間結構。隨後，他們(men) 利用原子與(yu) 光的相互作用，將其存儲(chu) 於(yu) 另一個(ge) 作為(wei) 存儲(chu) 介質的冷原子團中，結果證明單光子攜帶的軌道角動量及其疊加態都可以被高保真地存儲(chu) 。
 
     審稿人認為(wei) ，該成果“為(wei) 快速發展的量子存儲(chu) 研究製定了一個(ge) 非常高的標準，代表了量子技術發展中一個(ge) 令人激動的分水嶺，將在量子信息和量子原子光學領域產(chan) 生重大影響”。