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新突破!研究人员反复实验,最终实现了多模量子态的长寿命存储

Sue Xiao

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最近,Guo Guangcan教授带领的团队利用引导磁场(guiding magnetic field)与时钟态制备(clock state preparation)相结合的方法,实现了基于冷原子系统(cold atomic ensembles)的光子高维轨道角动量量子态(high-dimensional orbital angular momentum (OAM) quantum states of photons)的长寿命存储。他们的研究已经发表在了《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

以往的研究表明,将多模存储集成到量子网络中可以大大提高信道容量,这对长距离量子通信至关重要。冷原子系综的集体增强效应使其成为一种有效的光子信息存储介质。尽管已经取得了重要进展,但基于冷原子集成的长寿命空间多模存储仍有许多问题有待解决,其中一个问题就是多模存储时间较长后,由于多模更容易受到周围环境的影响,如何实现多模存储的高保真度。

基于OAM的自由度,团队利用冷85Rb体系对高维多模量子态的长寿命存储进行了研究。在这项工作中,为了克服由于存储OAM的空间复杂性而造成不均匀演化的影响,研究小组使用引导磁场来主导原子的演化,然后使用一对对磁不敏感状态来抑制横向的退相干。采用时钟状态后,消除了不同塞曼子电平(Zeeman sublevels)之间的破坏干扰,从而延长了可靠存储寿命。

在实验中,团队将OAM叠加态的存储维度扩展到三个维度,并在存储时间为400微秒后,获得了超过量子经典标准的保真度,这比之前的工作增加了两个数量级。当储存时间从10微秒延长到400微秒时,检索效率从10.7%下降到4.7%,呈现明显下降趋势,保真度几乎没有下降。

该研究论文题为"Long-Lived Memory for Orbital Angular Momentum Quantum States",已发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,主要作者为Ying-Hao Ye。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.193601

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