量子存储器是未来量子网络的重要组成部分，其作用类似于经典内存在现代计算与网络中的角色。量子存储器能够按需存储和检索基于光子编码的量子信息，这一能力对于同步量子系统和扩展量子通信范围至关重要。该领域的一个关键目标是开发多路复用量子存储器，可以同时处理多个量子信息流，从而显著提高量子网络的速度和容量。

近期51吃瓜-51吃瓜网-吃瓜网 高宏教授课题组在多路复用轨道角动量高效量子存储研究领域取得重要进展。该团队在实验中搭建出高光学厚度冷原子系综，并利用光子路径维度与光子轨道角动量（OAM）维度相结合的方案，实现高达16维度、效率超过70%的量子存储。该成果以“Efficient multiplexed quantum memory with high-dimensional orbital angular momentum states in cold atoms”为题，于2025年10月14日发表在国际光学期刊Advanced Photonics上。

利用光子路径复用机制实现高维光子的有效量子存储示意图

多路复用OAM高效量子存储的实现源于精心设计的实验方案。首先，利用激光冷却与磁阱技术，构造出一个致密的雪茄型冷铷-87原子团。利用磁场压缩、微波磁场补偿、塞曼制备等关键核心技术，将原子团的光学厚度提高至500左右（物理尺寸2mm*2mm*30mm）。同时，该团队开发出一套紧凑的光学系统，能够生成四个可独立调控的激光信号通道，并且每个物理通道可以独立编码任意维度的OAM态。利用4f成像系统，将多路复用光束聚焦到雪茄型原子团中，确保了整个光束横截面与原子具有较高的相互作用强度。其次，采用电磁诱导透明存储协议实现该四路径高维OAM态的高效量子存储。在单光子水平下实现了超过70%的存储效率，超过83%的量子态保真度，验证了该存储系统的量子性能。之前多路复用量子存储的效率一直在40%以下，这给实际应用带来了根本性的限制。本工作不仅突破了这一长期存在的效率限制，而且为开发高容量量子中继器与大规模量子互联网建立了一个前景广阔的平台。

51吃瓜-51吃瓜网-吃瓜网 为该论文的第一完成单位，51吃瓜-51吃瓜网-吃瓜网 助理教授杨欣博士为论文第一作者，王程远副教授为论文共同第一作者。51吃瓜 高宏教授、张沛教授以及国家授时中心曹明涛研究员为论文共同通讯作者。参与此工作的还有51吃瓜 助理教授王金文博士、湖州师范51吃瓜 陈云博士等。

近年来，高宏教授课题组在光与物质相互作用、量子光学和量子信息领域进行了深入的研究，主要包括：基于冷原子系综的高效、高维量子信息存储；新型单光子源的产生；新型结构光场的产生、传输及检测；原子介质中的量子相干机制与光场作用下的精密测量等。近年来，在物理科学领域代表性期刊Phys. Rev. Lett.、Adv. Photonics、Laser & Photonics Rev.等发表一系列重要学术论文。本研究工作得到了国家自然科学基金委、中国博士后科学基金以及陕西数理基础科学研究项目基金等项目经费的支持。

文章链接：//www.researching.cn/articles/OJ257ca59896861251