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量子通信系統(tǒng)中作為載體的單光子所攜帶的信息量的大小與所處編碼的空間維數(shù)有關(guān),。目前光子主要編碼在一個(gè)二維空間，一個(gè)光子攜帶的信息量是一個(gè)比特,。如果能將光子編碼在一個(gè)高維空間,，如無(wú)限維的軌道角動(dòng)量空間,，則單個(gè)光子所能攜帶的信息量將大幅度增加,，極大地提高量子通信的效率，同時(shí)還可以提高量子密鑰傳輸?shù)陌踩?，并在量子力學(xué)的一些基本問題研究方面有非常重要的應(yīng)用。 遠(yuǎn)距離量子通信的實(shí)現(xiàn)和量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成必須借助于量子中繼器,，而量子存儲(chǔ)單元是量子中繼器的核心,，實(shí)現(xiàn)光子攜帶信息在存儲(chǔ)單元中的存儲(chǔ)是實(shí)現(xiàn)中繼功能的關(guān)鍵。雖然這方面的研究已取得重大進(jìn)展,，但迄今為止實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)的單光子均為高斯脈沖,，且被編碼于二維空間,，只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)比特的存儲(chǔ)。因此,，能否實(shí)現(xiàn)編碼于高維空間光子的量子存儲(chǔ)是提高量子通信效率,、構(gòu)建基于高維中繼器的遠(yuǎn)距離量子通信系統(tǒng)和量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。 史保森教授和博士生丁冬生等一直致力于解決上述問題,。最近,，他們首次成功實(shí)現(xiàn)了攜帶軌道角動(dòng)量、具有空間結(jié)構(gòu)的單光子脈沖的存儲(chǔ),，證明高維量子態(tài)的存儲(chǔ)是完全可行的,。該小組通過(guò)兩個(gè)磁光阱制備了兩個(gè)冷原子團(tuán),，利用其中一個(gè)冷原子團(tuán)制備標(biāo)記單光子,，并使該光子攜帶一定的軌道角動(dòng)量，具有特殊的空間結(jié)構(gòu),。然后利用原子與光的相互作用將它存儲(chǔ)于另一個(gè)作為存儲(chǔ)介質(zhì)的冷原子團(tuán)中，結(jié)果證明單光子攜帶的軌道角動(dòng)量及其疊加態(tài)都可以被高保真地存儲(chǔ),。
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