《光子與原子系綜之間空間關聯的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由史保森擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：光子與原子系綜之間空間關聯的實驗研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：史保森
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子通信是通過在相距任意距離的通信雙方之間建立最大糾纏態，進而利用此糾纏態完成各種量子通信協定的方式實現的。在通信雙方之間每建立一個最大糾纏態一般能夠實現1qubit的量子信息交換。理論分析表明在理想條件下，採用目前最有效的量子中繼方案，在兩個相距500至600公里距離的通信節點之間建立一個最大糾纏態所需要的時間最快也在秒量級，這充分反映出量子資源的珍稀性，因而如何提高量子資源的利用效率自然而然成為一個非常值得關注和研究的熱點問題。一條解決此問題的有效途徑是提高載體的信息攜帶量，即在現有的條件下提高單個糾纏對的信息攜帶量。本項目擬通過基於原子系綜的自發Raman過程製備光子與原子系綜的軌道角動量之間以及空間橫向動量與位置之間的糾纏，建立光子與原子系綜之間的空間關聯，實現光子與原子系綜之間的高維量子態糾纏，為進一步利用量子中繼實現通信節點之間大信息量的傳輸打下堅實基礎。
結題摘要
量子通信是通過首先在相距任意距離的通信雙方之間建立最大糾纏態，進而利用此糾纏態完成各種量子通信協定的方式實現的。在通信雙方之間每建立一個最大糾纏態一般能夠實現1qubit 的量子信息交換。理論分析表明在理想條件下，即使採用目前最有效的量子中繼方案，在兩個相距500至600公里距離的通信節點之間建立一個最大糾纏態所需要的時間最快也在秒量級，這充分反映出量子資源的珍稀性，因而如何提高量子資源的利用效率自然而然就成為一個非常值得關注和研究的熱點問題。一條解決此問題的有效途徑是通過提高載體的信息攜帶量實現的：即提高單個糾纏對的信息攜帶量，這樣可在不改變通信速率的條件下提高信息的傳輸率。提高信息攜帶量可通過將信息編碼在載體的高維空間（如由軌道角動量構建）實現。在此基礎上通過高維量子態的存儲，結合量子糾纏交換，我們可以實現高維量子中繼，進而實現大信息量量子網路。在本項目的大力支持下，我們以原子系綜為存儲介質，以光子為信息載體，以光子的軌道角動量為信息編碼自由度，緊緊圍繞光與原子系綜之間的相互作用這一核心內容開展工作，經過四年的不懈努力，完成了預定任務，實現了預期目標，在以下幾個方面取得突破性進展：1.首次實現了攜帶軌道角動量的單光子存儲；2.首次實現了軌道角動量糾纏態的存儲；3.首次實現了軌道角動量單光子的量子接口。同時在4.軌道角動量光的非線性變頻以及5.基於軌道角動量的精密測量等方面也取得重要進展。此外在本項目的部分資助下，我們還在高速量子存儲器的實現、非線性光學過程中光學前驅波的觀測等領域取得突破性進展，做出了具有國際影響力的創新成果，對相關方向的研究發展具有重要推動作用。本課題在國際頂尖學術刊物發表多篇高水平的學術論文，獲得相關研究領域同行的高度關注，在國際國內均具有較大的影響。研究成果主要以學術論文的形式體現。受本項目資助發表的學術論文有40餘篇，包括Nature Photonics和Nature Communications（各1篇）、PRL（2篇）、Light: Science & Applications （1篇）等一區文章5篇，Optica和 Sci. Rep.（各1篇）、PRA（10篇）、Opt. Lett.（3篇）、Opt. Express. （6篇）、New. J. Phys. （1篇）、APL（2篇）等2區論文24篇。除此而外，我們完善了實驗設施，改
