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远距离量子通信的实现离不开量子中继，其中量子存储器是构建量子中继的核心冷原子系综因其集体增强效应和光谱一致性，可以有效地存储光子的量子态，而被看好成为潜在的量子存储介质大量的学术工作表明，在量子网络中布局多模存储器可以大大提高信道容量，因此多模量子存储器的实现对于大容量量子网络的构建具有重要的价值虽然多模量子存储领域已经取得了重要进展，但是基于冷原子系综的长期空间多模存储仍然有许多科学问题需要解决其中之一就是很难保证存储的多模量子态在长期存储后仍然具有高保真度，这是因为复杂的空间模式更容易受到周围环境的干扰
图1工作原理图实验装置示意图，对称时钟态制备的能级结构和原理示意图，基于电磁感应透明的储存能级结构
石和丁东升领导的研究团队利用铷冷原子系统，基于光子轨道的角动量自由度，在高维多模光子态的长期存储方面取得了重要进展在这项工作中，团队通过控制极化磁场来抑制空间模式的横向退相干，并通过制备磁不敏感态来进一步延长存储时间利用具有时控反向泵浦光的热原子池作为窄带滤波器，对单光子信号光进行滤波和探测
本工作以两个三维轨道角动量叠加态为例，研究长期存储实验表明，在存储时间为400μs后，绝对保真度远高于由脉冲平均光子数和存储效率计算的量子经典极限，表明该存储器仍然可以工作在量子场同时，当存储时间从10μs延长到400μs时，存储器的读取效率从10.7%下降到4.7%，下降幅度不到60%研究结果对构建大容量量子网络具有重要的参考意义
图2实验结果保真度，效率随存储时间和量子经典边界而变化同时，通过ICCD记录存储的强相干光信号，演示了存储模式随时间的变化重建的读出信号的密度矩阵
本站了解到，相关结果发表在10月31日的学术期刊《物理评论快报》上，题目是《轨道角动量量子态的长寿记忆》。
