科技日?qǐng)?bào)訊 （記者吳長(zhǎng)鋒 通訊員楊保國(guó)）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室史保森教授小組實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)存儲(chǔ)單元之間的高維糾纏及多自由度的超糾纏，主要研究成果日前分別在國(guó)際光學(xué)權(quán)威期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》以及《自然—通訊》發(fā)表。
量子糾纏是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信、可擴(kuò)展線性量子計(jì)算的核心，而量子糾纏的存儲(chǔ)則是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。構(gòu)建大信息量、長(zhǎng)距離的量子網(wǎng)絡(luò)首先需要解決的問題就是高維糾纏的量子存儲(chǔ)。
利用光子的軌道角動(dòng)量（OAM）可以構(gòu)成一個(gè)無(wú)限維的完備的希爾伯特空間，將光子編碼在該空間可以大幅度增加光子的信息攜帶量，提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量。此外，利用光子的高維編碼態(tài)可以實(shí)現(xiàn)諸如量子全息隱形傳態(tài)、量子鏡像密集編碼、全息量子計(jì)算等量子信息協(xié)議。
史保森小組巧妙地通過成像系統(tǒng)，把與第一個(gè)冷原子系綜具有高維糾纏的單光子送到第二個(gè)原子系綜存儲(chǔ)下來(lái)，并證明了兩個(gè)原子系綜之間存在7維軌道角動(dòng)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(gè)自由度之間產(chǎn)生糾纏，也可同時(shí)在多個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)糾纏，即產(chǎn)生所謂超糾纏�？梢詫�(shí)現(xiàn)更有效的貝爾態(tài)測(cè)量，構(gòu)建非對(duì)稱的光量子網(wǎng)絡(luò)，提高量子網(wǎng)絡(luò)的信道容量，也可有助于量子計(jì)算的物理實(shí)現(xiàn)等。
研究人員利用干涉技術(shù)產(chǎn)生了與第一個(gè)原子系綜具有路徑和軌道角動(dòng)量?jī)蓚�(gè)自由度糾纏的光子，然后將該單光子送到第二個(gè)冷原子系綜，利用另一個(gè)干涉儀將其存儲(chǔ)下來(lái)，從而在兩個(gè)原子系綜之間建立了路徑和軌道角動(dòng)量?jī)蓚�(gè)自由度的超糾纏。
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