研究人員實現了多模量子態的長壽命存儲

實驗原理和時鐘狀態製備示意圖。圖片來源：葉英浩等

最近，由郭光燦教授領導的團隊利用引導磁場結合鍾態製備，實現了基於冷原子系綜的光子高維軌道角動量（OAM）量子態的長壽命存儲。他們的工作發表在《物理評論快報》上。

先前的工作表明，將多模內存集成到量子網路中可以大大提高信道容量，這對於長距離量子通信至關重要。冷原子系綜的集體增強效應使其成為存儲光子信息的有效介質。儘管已經取得了重要進展，但基於冷原子系綜的長壽命空間多模存儲器仍有許多問題有待解決，其中之一是由於多個空間模式更容易受到周圍環境的影響，如何在長時間存儲後實現多模存儲器的高保真度。

基於OAM的自由度，團隊利用冷85Rb系統對高維多模量子態的長壽命存儲進行了研究。在這項工作中，為了克服由於存儲OAM的空間複雜性而導致的非均勻演化的影響，該團隊使用引導磁場來主導原子演化，然後採用一對磁不敏感狀態來抑制橫向的退相干。在採用時鐘狀態後，消除了不同塞曼子級別之間的破壞性干擾，從而延長了忠實存儲的使用壽命。

該團隊在實驗中將存儲的OAM疊加態的維度擴展到三個，並在400μs的存儲時間後實現了超過量子經典標準的保真度，比之前的工作長了兩個數量級。當存儲時間從10μs延長到400μs時，檢索效率從10.7%下降到4.7%，呈現明顯的下降趨勢，而保真度幾乎沒有衰減。

更多信息：葉英浩等，軌道角動量量子態的長壽記憶，《物理評論快報》（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.129.193601

期刊信息：物理評論快報