多组份纠缠是构建量子网络的重要物理资源，它的规模大小直接决定着量子网络的性能，从而决定了量子网络在量子通信和量子计算中的能力。因此，建立大规模量子纠缠对于构建高性能量子网络至关重要。多组份纠缠的规模大小取决于两个方面，即量子纠缠的节点数和量子纠缠的通道数。如果可以同时存在独立且正交的多个通道的多组份纠缠，则量子网络的信息处理能力将得到极大提高。

   在本研究工作中，荆杰泰教授团队创新性的将空间泵浦整形技术和轨道角动量复用技术相结合，通过利用空间泵浦整形技术可以增加纠缠的节点数(M)，同时通过利用轨道角动量复用技术可以增加多组份纠缠的通道数量(N)，两者相结合可以高效的将多组份纠缠的规模扩大到M×N，显示了该方法在产生大规模量子纠缠态方面的巨大优势。            

        在实验中，该团队利用空间泵浦整形技术在热原子系综四波混频中产生了空间分离的六组份纠缠态。并通过轨道角动量复用，在六组份纠缠态的基础上确定性的产生了相互正交且可同时访问的11个纠缠通道，从而在单个量子体系中生成了多达66个光学轨道角动量模式的量子网络。同时该团队利用基于拉盖尔高斯模式的量子纠缠探测方案在实验上验证了这些对应模式之间的量子纠缠特性。此外，由于光学轨道角动量相干叠加模式有利于湍流环境下的量子通信，所以该团队还研究了三种相干叠加轨道角动量模式下的多组份纠缠特性，多方面的展示了系统丰富的纠缠结构。实验结果表明，该方法可以极大地扩展多组份纠缠的规模，为构建大规模量子网络提供了新的研究平台和思路。该工作于近期发表于Physical Review Letters 125, 140501 (2020)。

图1.生成66个光学轨道角动量模式量子网络的原理图、实验装置示意图、对66个光学模式探测的实验结果和三种相干叠加态的实验结果