中國科大首次實現基於拉曼過程的光子混合糾纏態的量子存儲

2020-11-25 中國科學院

　　中國科學技術大學教授、中科院院士郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在量子信息領域取得重要進展：該實驗室教授史保森領導的小組利用拉曼存儲協議在國際上首次實現了光子偏振糾纏態以及由光子偏振和路徑不同自由度組成的混合糾纏態的量子存儲。該工作對未來實現高速、寬帶量子通信具有重要意義。這項研究成果於3月30日發表在《自然·光子學》上。

　　光量子糾纏是實現可擴展的線性量子計算和構建量子通信網絡的核心量子資源，而光量子糾纏的存儲則是實現量子計算和量子網絡通信的關鍵技術之一。實現寬帶、高速的信息傳輸和處理是所有通信系統追求的目標，量子通信也不例外，因而寬帶光子糾纏態的存儲自然成為構建高速量子網絡的基礎，也是量子信息技術走向實用化和普及化必須解決的關鍵技術之一。此外，一個光子擁有多種自由度，比如偏振、路徑以及軌道角動量等。寬帶多自由度光量子混合糾纏態的存儲也是實現高速量子網絡的關鍵技術之一。

　　實現量子存儲的方案有很多種。在眾多方案中，拉曼存儲協議相比於其它方案如電磁誘導透明協議等具有很多優點，如可以實現寬帶信號存儲、存儲信號的頻率具有可調性等。由於該協議具備實現寬帶、高速信息處理的潛力，因而成為近年來量子存儲研究領域的一個熱點方向。儘管科研人員已在固體、原子氣體以及分子氣體等系統成功地實現了基於拉曼協議的光信息存儲，但迄今為止所有光脈衝均為經典強光或衰減的弱相干光，尚無任何偏振糾纏光子的量子存儲報導。

　　史保森領導的研究小組長期從事量子存儲的相關實驗研究，在光量子存儲方面積累豐富的實踐經驗。該小組在2013年首次成功實現了單光子偏振和軌道角動量混合糾纏的量子存儲[Nat. Commun. 4,2527(2013)]，隨後又首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲[Phy. Rev. Lett.114, 050502 (2015)]，最近該小組又在這個領域取得重要突破：他們利用冷原子系統作為存儲介質，藉助於巧妙設計的Sagnac幹涉儀，在國際上首次利用拉曼存儲協議分別成功地實現了單光子的路徑和偏振混合糾纏態以及雙光子偏振糾纏態的量子存儲，所有實驗數據均清晰地證明了偏振糾纏的高保真存儲。《自然﹒光子學》審稿人認為：「這是該領域第一個標誌性成果, 為該熱點研究領域建立了一個基準點。」它的實現無疑為未來構建基於光纖系統的高速量子網絡以及高速線性量子計算奠定堅實基礎。

　　博士生丁冬生和張偉是論文的共同第一作者。這項工作得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。

　　文章連結

 

實驗裝置圖  

　　中國科學技術大學教授、中科院院士郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在量子信息領域取得重要進展：該實驗室教授史保森領導的小組利用拉曼存儲協議在國際上首次實現了光子偏振糾纏態以及由光子偏振和路徑不同自由度組成的混合糾纏態的量子存儲。該工作對未來實現高速、寬帶量子通信具有重要意義。這項研究成果於3月30日發表在《自然·光子學》上。
　　光量子糾纏是實現可擴展的線性量子計算和構建量子通信網絡的核心量子資源，而光量子糾纏的存儲則是實現量子計算和量子網絡通信的關鍵技術之一。實現寬帶、高速的信息傳輸和處理是所有通信系統追求的目標，量子通信也不例外，因而寬帶光子糾纏態的存儲自然成為構建高速量子網絡的基礎，也是量子信息技術走向實用化和普及化必須解決的關鍵技術之一。此外，一個光子擁有多種自由度，比如偏振、路徑以及軌道角動量等。寬帶多自由度光量子混合糾纏態的存儲也是實現高速量子網絡的關鍵技術之一。
　　實現量子存儲的方案有很多種。在眾多方案中，拉曼存儲協議相比於其它方案如電磁誘導透明協議等具有很多優點，如可以實現寬帶信號存儲、存儲信號的頻率具有可調性等。由於該協議具備實現寬帶、高速信息處理的潛力，因而成為近年來量子存儲研究領域的一個熱點方向。儘管科研人員已在固體、原子氣體以及分子氣體等系統成功地實現了基於拉曼協議的光信息存儲，但迄今為止所有光脈衝均為經典強光或衰減的弱相干光，尚無任何偏振糾纏光子的量子存儲報導。
　　史保森領導的研究小組長期從事量子存儲的相關實驗研究，在光量子存儲方面積累豐富的實踐經驗。該小組在2013年首次成功實現了單光子偏振和軌道角動量混合糾纏的量子存儲[Nat. Commun. 4,2527(2013)]，隨後又首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲[Phy. Rev. Lett.114, 050502 (2015)]，最近該小組又在這個領域取得重要突破：他們利用冷原子系統作為存儲介質，藉助於巧妙設計的Sagnac幹涉儀，在國際上首次利用拉曼存儲協議分別成功地實現了單光子的路徑和偏振混合糾纏態以及雙光子偏振糾纏態的量子存儲，所有實驗數據均清晰地證明了偏振糾纏的高保真存儲。《自然﹒光子學》審稿人認為：「這是該領域第一個標誌性成果, 為該熱點研究領域建立了一個基準點。」它的實現無疑為未來構建基於光纖系統的高速量子網絡以及高速線性量子計算奠定堅實基礎。
　　博士生丁冬生和張偉是論文的共同第一作者。這項工作得到國家基金委、中科院、科技部和教育部的資助。
　　文章連結
 
實驗裝置圖  

相關焦點

  • 中國科大實現多自由度超糾纏態的量子存儲
    利用光子的軌道角動量（OAM）可以構成一個無限維的完備的Hilbert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，提高量子網絡的信道容量。此外，利用光子的高維編碼態可以實現諸如量子全息隱形傳態、量子鏡像密集編碼、全息量子計算等量子信息協議，還可以應用於量子力學基本問題如Bell不等式的檢驗等研究。
  • 中國科大首次實現光子軌道角動量糾纏的量子存儲
    本報訊（記者王磊 通訊員楊保國）記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，在國際上首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。
  • 【中國青年報】中國科大首次實現光子軌道角動量糾纏的量子存儲
    記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，在國際上首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。該研究成果近日發表在國際物理學權威期刊《物理評論快報》上。
  • 我首次實現光子軌道角動量糾纏量子存儲
    原標題：我首次實現光子軌道角動量糾纏量子存儲　　■最新發現與創新 　　科技日報訊 （記者吳長鋒 通訊員楊保國）我國科學家在國際上首次實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。該研究成果近日發表在國際物理學權威期刊《物理評論快報》上。
  • 科學網—光子軌道角動量糾纏量子存儲實現
    本報訊（記者楊保國）近日，中國科學技術大學郭光燦院士帶領的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展
  • 【中國科學報】光子軌道角動量糾纏量子存儲實現
    本報訊（記者楊保國）近日，中國科學技術大學郭光燦院士帶領的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展，首次在國際上實現了光子軌道角動量糾纏的量子存儲，進一步證明了基於高維量子中繼器實現遠距離大信息量量子信息傳輸的可行性。相關研究已發表於《物理評論快報》。
  • 郭光燦等實現光子軌道角動量糾纏量子存儲—新聞—科學網
    本報訊（記者楊保國）近日，中國科學技術大學郭光燦院士帶領的中科院量子信息重點實驗室史保森小組在高維量子中繼研究方向取得重要進展
  • 「合肥日報」中國科大實現11公裡遠距離量子糾纏純化
    記者從中國科大獲悉，近日，該校郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，利用高品質的超糾纏源，首次實現11公裡遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升6000多倍。量子中繼是在噪聲信道中實現長距離量子通信的重要途徑，而量子糾纏純化是量子中繼中的關鍵操作，利用量子糾纏純化操作可以從兩份糾纏度較低的糾纏態中提煉出一份糾纏度較高的糾纏態。此前的糾纏純化協議都是利用兩對低糾纏度的光子對實現，而中國科大研究團隊與合作者提出僅需一對超糾纏光子對的糾纏純化方案。
  • 中國科大首次實現高保真度32維量子糾纏態
    中國科大郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利Marcus Huber教授研究組合作，首次實現了高保真度32維量子糾纏態。該成果8月28日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。
  • 中國科大首次實現基於布裡淵散射聲學聲子的單向光信息存儲
    近日，中國科大郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室董春華研究小組與鄒長鈴博士後首次在介質微腔內實現了基於布裡淵散射聲學聲子的光信息存儲，存儲壽命可達十幾微秒。此成果2015年2月4日在線發表在Nature Communications上[Nature Communications 6, 6193 (2015)]。
  • 人類首次實現單原子量子信息存儲
    德國馬克斯普朗克量子光學研究所的科學家格哈德·瑞普領導的科研小組近日首次成功地實現了用單原子存儲量子信息——將單個光子的量子狀態寫入一個銣原子中，經過180微秒後將其讀出。這項新突破有望助力科學家設計出功能強大的量子計算機，並讓其遠距離聯網構建「量子網絡」。
  • 中國科大在分布式量子精密測量方面取得重要進展
    中國科學技術大學教授潘建偉及其同事陳宇翱、徐飛虎等利用多光子量子糾纏在國際上首次實現分布式量子相位估計的實驗驗證，這為將來構建基於量子網絡的高精度量子傳感奠定基礎。量子網絡作為量子信息和量子計算的重要組成，在執行各類遠程多節點任務中起著重要作用。當對多個空間分布的參量進行測量時，分布式量子傳感能夠實現超越經典統計極限的測量精度。然而，分布式量子傳感面對的一個重要問題是：如何選擇並製備能夠實現對多個參量最優的測量精度的量子糾纏態。研究表明，對於某類分布式的最大糾纏態，理論上能夠達到最優測量精度，即海森堡極限。
  • 中國科大首次實現高保真度 32 維量子糾纏態
    IT之家9月3日消息 中國科學技術大學發布最新消息，郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利Marcus Huber教授研究組合作，首次實現了高保真度32維量子糾纏態。該成果8月28日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。
  • 中國科大首次實現高保真度 32 維量子糾纏態
    IT之家9月3日消息 中國科學技術大學發布最新消息，郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利Marcus Huber教授研究組合作，首次實現了高保真度32維量子糾纏態。該成果8月28日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。
  • 中科大實現軌道角動量光子的量子頻率轉換
    OAM與偏振組成的混合糾纏光子的頻率上轉換，證明了在頻率變換過程中單光子的量子相干性和光子對的糾纏特性保持不變。基於OAM編碼構建高維量子網絡是目前量子信息領域的一個重要研究方向，並在近幾年取得了許多突破性進展，如史保森小組在國際上首先實現了OAM單光子[Nat. Commun. 4, 2527(2013)]以及OAM糾纏[Phys. Rev. Lett. 114, 050502 (2015)]的量子存儲。
  • 我國在超冷原子量子計算與量子模擬領域取得重要進展
    據中國科大網站6月19日消息，中國科學技術大學潘建偉、苑震生等在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要進展。他們在理論上提出並實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現了1250對原子高保真度糾纏態的同步製備，為基於超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。北京時間6月19日，國際著名學術期刊《科學》雜誌以「First Release」形式在線發布了該研究成果。
  • 中科大高維量子通信進展:實現高效高維量子隱形傳態
    來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組利用六光子系統實驗實現了高效的高維量子隱形傳態，在高維量子通信研究中取得重要進展。　　據了解，量子隱形傳態是建立遠距離量子網絡的關鍵技術之一。相比二維系統，高維量子網絡具有更高的信道容量、更高的安全性等優點。
  • 中國科大在分子的量子糾纏研究中取得進展
    中國科學院院士、中國科學技術大學教授杜江峰領導的中科院微觀磁共振重點實驗室與美國國家標準技術研究所合作，在離子阱體系實現帶電原子和帶電分子的聯合調控，首次製備了單原子和單分子之間的量子糾纏態，並且通過定量表徵手段，確定產生的量子糾纏超過臨界閾值。
  • 量子糾纏純化效率提高6000多倍 遠超國際最好水平
    來自中國科大的消息顯示，近日，中國科大郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，利用高品質的超糾纏源，首次實現了11公裡的遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升了6000多倍，在量子通信和量子網絡的研究中取得了重要進展。
  • 我國科學家實現11公裡遠距離量子糾纏純化
    中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，利用高品質的超糾纏源，首次實現11公裡遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最高水平提升6000多倍。該成果日前發表於《物理評論快報》。