《基於軌道角動量編碼的高維態量子中繼研究》是依託中國科學技術大學，由史保森擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：基於軌道角動量編碼的高維態量子中繼研究
- 項目類別：重點項目
- 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
量子通信網路主要由用於存儲和操縱量子態的存儲單元和聯絡各存儲單元之間的信息載體構成。光子是信息載體的最佳選擇，存儲單元可以由固體材料或氣態原子構成。光子攜帶的信息量取決於光子被編碼的空間：若將光子編碼於一個高維空間，則可以極大地提高光子攜帶的信息量。如果能夠實現編碼於高維空間的量子態存儲，則可以大幅度縮短存儲單元存儲量子態的時間要求，還可以實現大信息量的量子通信網路，因而基於高維編碼態的量子中繼研究是量子信息領域的熱點方向。儘管目前該領域的研究已取得重要進展，但仍處於初始階段，尤其在基於高維編碼的量子態存儲方面依然處於起步階段，基於糾纏交換的中繼研究仍然是一片空白。本項目擬以編碼於軌道角動量空間的高維量子態存儲為核心，以高維單光子態、糾纏態的存儲、糾纏交換以及頻率變換等為主要研究內容，以實現基於高維編碼態的量子中繼單元為目標開展研究工作。預期的研究成果將為構建大信息量量子網路奠定堅實基礎。
結題摘要
利用光子的軌道角動量可以構成一個無限維的完備的Hilbert空間。將光子編碼在軌道角動量空間可以實現高維編碼，進而大幅度增加光子的信息攜帶量。此外，利用光子的高維編碼態還可以提高量子密鑰傳輸的安全性，提高信道容量，以及套用於量子力學基本問題的研究等。基於高維量子態的存儲、糾纏交換、量子接口以及識別等基本操作可以實現高維量子中繼，進而構建大信息量量子通信網路。本項目緊緊圍繞高維量子中繼這一核心目標，以光子軌道角動量自由度的相干操控為技術手段，以高維量子態的產生、存儲、頻率變換以及識別等為主要研究內容，系統開展了高維量子中繼關鍵技術研究。經過五年的不懈努力，團隊順利完成了研究任務，達到了預期目標，並在多個方面取得了突破性進展，特別是團隊在高維量子態存儲方面的系列工作開創了量子存儲的新領域，受到國內外量子信息領域的廣泛關注；在寬頻量子存儲方向該團隊取得了該領域的第一個標誌性成果,為未來構建基於光纖系統的高速量子網路奠定基礎；同時該團隊通過非線性頻率變換技術為解決高維量子接口這一關鍵問題提供了一種有效手段，等等。系列研究成果被包括量子信息和量子光學領域的權威Zeilinger、Gisin、Padgett、Walmsley等學術同行積極評述，在學術界產生了很大影響，推動和引領了大容量、高速量子通信技術的發展。 團隊已在包括Nat.Photo.、Nat. Commun.、PRL、Light、Optica等頂尖學術期刊發表50多篇學術論文，其中兩篇代表性論文入選SCI高被引論文，一篇入選SCI熱點論文，google學術引用2000餘次。受J. Phys. B邀請撰寫發表了關於軌道角動量量子存儲的唯一的一篇topic review；受J. Phys. B邀撰寫了“Roadmap on quantum light spectroscopy”中一個專題；受邀在《科學通報》撰寫發表了軌道角動量頻率變換的綜述；受《物理學報》邀請撰寫並發表了關於Raman存儲的綜述，以及受《物理》邀請撰寫發表了關於量子圖像存儲的綜述。同時項目執行過程中我們也注意智慧財產權的保護，申報並授權了一項發明專利、四項實用新型專利，另有多項專利正在申請當中。
