軌道角動量糾纏的固態(tài)量子存儲中文摘要

光子是未來量子網絡的天然信息載體，然而由于光子傳輸損耗隨傳輸距離呈指數(shù)關系增長，目前量子通訊的距離被限制在三百公里左右?；诹孔哟鎯图m纏交換技術的量子中繼器可解決這一難題，使五百公里以上的長程量子通信成為可能。通訊速率過低是構建基于量子中繼的量子網絡所面臨的主要困難。兩種可行的通信加速方案分別是高維度量子態(tài)編碼以及量子存儲的多模式復用。軌道角動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)，故近些年來這一自由度受到人們的廣泛關注。借助它可以實現(xiàn)信息的高維編碼以及空間域的多模式復用。目前軌道角動量的固態(tài)量子存儲研究仍是一片空白。本項目擬在已有平臺的基礎上，研究軌道角動量量子態(tài)的固態(tài)量子存儲。為體現(xiàn)這一自由度可高維編碼的優(yōu)勢，我們計劃利用非線性晶體產生三維軌道角動量糾纏的窄帶光子對，并實現(xiàn)該高維糾纏的量子存儲，實驗分析固態(tài)量子存儲器的空間域多模式存儲容量。

光子是未來量子網絡的天然信息載體，然而由于光子傳輸損耗隨傳輸距離呈指數(shù)關系增長，目前量子通訊的距離被限制在三百公里左右?；诹孔哟鎯图m纏交換技術的量子中繼器可解決這一難題，使五百公里以上的長程量子通信成為可能。通訊速率過低是構建基于量子中繼的量子網絡所面臨的主要困難。兩種可行的通信加速方案分別是高維度量子態(tài)編碼以及量子存儲的多模式復用。軌道角動量描述光場的橫向相位分布，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現(xiàn)空間域的多模式復用。 項目組首次實驗實現(xiàn)了單光子軌道角動量量子態(tài)的固態(tài)量子存儲。 基于非線性晶體可以制備高維度的軌道角動量糾纏態(tài)，然而該光源的線寬為THz量級，不適用于與存儲器對接。我們首次采用平行平面腔濾波的方式獲得了窄線寬、高維度軌道角動量糾纏的光子對。 我們實驗實現(xiàn)了對該高維糾纏的存儲，且存儲保真度高于 99%。通過衡量高維度空間中二維量子疊加態(tài)存儲后的可見度，我們實驗證明固態(tài)量子存儲器的存儲維度/空間多模式數(shù)超過51。這些實驗系統(tǒng)地研究了軌道角動量的固態(tài)量子存儲，為未來基于固態(tài)系統(tǒng)構建高維度、多模式復用的量子中繼打下基礎。 2100433B