量子通信领域的一项突破性技术——量子中继，正逐步克服光子在光纤中急剧衰减的挑战，成为实现超长距离量子通信的关键路径之一。量子中继技术的核心在于量子存储，而这一领域近年来的实验研究进展迅猛，多个物理体系的存储性能指标持续攀升。近期，中国科学技术大学郭光灿院士领衔的研究团队在长时间空间多模量子态存储领域取得显著成就，他们通过磁场操控技术与钟态制备技术的巧妙结合，成功实现了基于冷原子系综的光子高维轨道角动量态的长时间稳定存储。
冷原子系综因其独特的集体增强效应和光谱一致性，在光子量子态存储方面展现出巨大潜力，因而成为了量子存储器介质的首选。众多学术研究已证明，将多模存储器整合进量子网络，能显著提升信道容量，因此，多模量子存储器的成功实现对于构建高容量量子网络至关重要。然而，尽管在多模量子存储领域已取得显著进展，但基于冷原子系综的长时间空间多模存储仍面临诸多科学难题，其中，确保长时间存储后的多模量子态保持高保真度便是亟待解决的挑战之一。
在研究中，科研团队采用铷冷原子体系，针对光子轨道角动量自由度，进行了高维多模光子态的长时间存储研究，并实现了单光子级信号光的滤波与探测。总体而言，这一重大科研成果对于未来高容量量子网络的构建具有重要的理论指导和实际应用价值。
