《基於混合自由度的量子存儲的實驗研究》是依託中國科學技術大學，由丁冬生擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於混合自由度的量子存儲的實驗研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：丁冬生
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
量子存儲是量子通訊網路中不可缺少的一部分，構建存儲單元之間的連線是一個挑戰性的任務。未來實用化的量子通訊必須要能夠充分利用光子的多個自由度，構建存儲單元之間不同自由度的混合糾纏，以便增加信息傳輸率、兼容不同體系，即實現基於不同自由度的混合量子網路。國際上報導的糾纏的存儲單元都是基於相同自由度，比如自旋、軌道角動量或者路徑等等，混合量子網路研究仍處於初始階段，存儲光子不同自由度的糾纏方面才剛剛起步，不同存儲單元之間的混合糾纏還沒有相關報導。因此，基於存儲單元建立混合量子網路仍然存在大量的基本問題需要進行深入探索和研究。本項目擬以實現混合的量子網路節點為目標，以不同存儲單元之間的混合糾纏為內容開展研究工作。預期的研究結果對基於光子不同自由度混合量子網路的構建具有重要的研究意義。
結題摘要
光子有很多種自由度，包括光子路徑、偏振、軌道角動量以及光子的頻率、能量、時間自由度，如果將光子編碼在這些自由度的所組成的Hilbert空間可以大幅度增加光子的信息攜帶量，提高量子網路的信道容量。負責人緊密圍繞項目的研究內容取得了以下的成果：一、光子不同自由度量子態的製備利用銣原子的菱形能級結構通過自發四波混頻過程開展不同頻率自由度的光子對的實驗研究，製備的雙光子在偏振自由度和頻率自由度都處於糾纏態(Optics Letters 42. 4691-4694 (2017))；利用兼併的能級結構產生波長、頻率以及偏振都一樣的光子對，進一步製備了雙光子GHZ態(Optics Express 25.10145-10152(2017))。利用光子路徑和偏振自由度研製出了相位不敏感的光子糾纏源的技術方法，得到的光子糾纏源的保真度大於95%，穩定度超過24小時(PRA 97,043809(2018)).製備了連續變數中的位置和動量的糾纏態，研究在軌道角動量空間中的位置和動量糾纏態的形式(PRA 97,063847(2018))。二、光子不同自由度的量子態存儲對製備的GHZ態開展量子存儲，實現了雙光子NOON態的量子存儲，證明了量子存儲器可以相干地保持多光子糾纏態(PRA 98,063820(2018));證明了光子的波動和粒子特性能夠很好的被存儲器相干地保持(PRA 98,063829(2018))。實現了超糾纏態的量子存儲、建立不同存儲單元之間的多自由度超糾纏(Nat Comm 7, 13514 (2016))。進一步開展基於量子存儲的編碼與解碼，完成兩個存儲單元糾纏的通信(PRL 118,220501 (2017))。同時，實現更大螺旋頻寬的量子存儲，螺旋頻寬可以大大提高(Communications Physics 2，100(2019))。在熱原子存儲器中，證明了柱矢量光場可以被相干地存儲和恢復(Optics Letters.44,1528 (2019))。在冷原子存儲器中，實現了兩個存儲單元的位置和動量的糾纏(PRA 100,012347(2019)) 。項目負責人圓滿地回答了基於光子多自由度的量子態製備和存儲等關鍵問題，獲得的科研結果將為基於多自由度的量子通信奠定堅實的基礎。
