研究人员实现了多模量子态的长寿命存储

实验原理和时钟状态制备示意图。图片来源：叶英浩等

最近，由郭光灿教授领导的团队利用引导磁场结合钟态制备，实现了基于冷原子系综的光子高维轨道角动量（OAM）量子态的长寿命存储。他们的工作发表在《物理评论快报》上。

先前的工作表明，将多模内存集成到量子网络中可以大大提高信道容量，这对于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存储光子信息的有效介质。尽管已经取得了重要进展，但基于冷原子系综的长寿命空间多模存储器仍有许多问题有待解决，其中之一是由于多个空间模式更容易受到周围环境的影响，如何在长时间存储后实现多模存储器的高保真度。

基于OAM的自由度，团队利用冷85Rb系统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的空间复杂性而导致的非均匀演化的影响，该团队使用引导磁场来主导原子演化，然后采用一对磁不敏感状态来抑制横向的退相干。在采用时钟状态后，消除了不同塞曼子级别之间的破坏性干扰，从而延长了忠实存储的使用寿命。

该团队在实验中将存储的OAM叠加态的维度扩展到三个，并在400μs的存储时间后实现了超过量子经典标准的保真度，比之前的工作长了两个数量级。当存储时间从10μs延长到400μs时，检索效率从10.7%下降到4.7%，呈现明显的下降趋势，而保真度几乎没有衰减。

更多信息：叶英浩等，轨道角动量量子态的长寿记忆，《物理评论快报》（2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.129.193601

期刊信息：物理评论快报