軌道角動(dòng)量糾纏的固態(tài)量子存儲(chǔ)

光子是未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的天然信息載體，然而由于光子傳輸損耗隨傳輸距離呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，目前量子通訊的距離被限制在三百公里左右。基于量子存儲(chǔ)和糾纏交換技術(shù)的量子中繼器可解決這一難題，使五百公里以上的長(zhǎng)程量子通信成為可能。通訊速率過(guò)低是構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要困難。兩種可行的通信加速方案分別是高維度量子態(tài)編碼以及量子存儲(chǔ)的多模式復(fù)用。軌道角動(dòng)量描述光場(chǎng)的橫向相位分布，它具有不受限的量子數(shù)， 這一特性使得它可用于高維度信息編碼并實(shí)現(xiàn)空間域的多模式復(fù)用。 項(xiàng)目組首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了單光子軌道角動(dòng)量量子態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)。 基于非線性晶體可以制備高維度的軌道角動(dòng)量糾纏態(tài)，然而該光源的線寬為THz量級(jí)，不適用于與存儲(chǔ)器對(duì)接。我們首次采用平行平面腔濾波的方式獲得了窄線寬、高維度軌道角動(dòng)量糾纏的光子對(duì)。 我們實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)該高維糾纏的存儲(chǔ)，且存儲(chǔ)保真度高于 99%。通過(guò)衡量高維度空間中二維量子疊加態(tài)存儲(chǔ)后的可見(jiàn)度，我們實(shí)驗(yàn)證明固態(tài)量子存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)維度/空間多模式數(shù)超過(guò)51。這些實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了軌道角動(dòng)量的固態(tài)量子存儲(chǔ)，為未來(lái)基于固態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建高維度、多模式復(fù)用的量子中繼打下基礎(chǔ)。 2100433B

光子是未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)的天然信息載體，然而由于光子傳輸損耗隨傳輸距離呈指數(shù)關(guān)系增長(zhǎng)，目前量子通訊的距離被限制在三百公里左右。基于量子存儲(chǔ)和糾纏交換技術(shù)的量子中繼器可解決這一難題，使五百公里以上的長(zhǎng)程量子通信成為可能。通訊速率過(guò)低是構(gòu)建基于量子中繼的量子網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要困難。兩種可行的通信加速方案分別是高維度量子態(tài)編碼以及量子存儲(chǔ)的多模式復(fù)用。軌道角動(dòng)量自由度描述光子的波前相位分布，它具有不受限的量子數(shù)，故近些年來(lái)這一自由度受到人們的廣泛關(guān)注。借助它可以實(shí)現(xiàn)信息的高維編碼以及空間域的多模式復(fù)用。目前軌道角動(dòng)量的固態(tài)量子存儲(chǔ)研究仍是一片空白。本項(xiàng)目擬在已有平臺(tái)的基礎(chǔ)上，研究軌道角動(dòng)量量子態(tài)的固態(tài)量子存儲(chǔ)。為體現(xiàn)這一自由度可高維編碼的優(yōu)勢(shì)，我們計(jì)劃利用非線性晶體產(chǎn)生三維軌道角動(dòng)量糾纏的窄帶光子對(duì)，并實(shí)現(xiàn)該高維糾纏的量子存儲(chǔ)，實(shí)驗(yàn)分析固態(tài)量子存儲(chǔ)器的空間域多模式存儲(chǔ)容量。