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中國科學家實現相距一公里的高維量子糾纏分發

2020-03-20 16:51

據央視新聞消息，中國科學技術大學郭光燦院士團隊近日在量子通信實驗方面取得重要進展。該團隊李傳鋒、黃運鋒研究組與暨南大學李朝暉教授、中山大學余思遠教授等合作，首次實現公里級三維軌道角動量的糾纏分發。該工作為未來利用空間模式復用技術實現長距離的高維量子信息任務提供了可能性。這一研究成果于近日發表在國際知名光學期刊Optica上。

中國科學技術大學表示，量子糾纏作為量子通訊、量子精密測量和量子計算等量子信息過程的重要資源，其長距離分發對于量子技術的實用化及量子物理基本問題的檢驗至關重要。高維系統擁有更高的信道容量，更強的抗竊聽能力以及更有效的量子計算能力。光子的軌道角動量是近年來被廣泛關注的高維系統，在維度擴展性方面極具優勢。然而軌道角動量糾纏易受大氣湍流或光纖中模式串擾及模式色散的影響，在此之前僅能傳輸幾米的距離，并且局限于二維糾纏的分發。

高維軌道角動量糾纏分發實驗裝置圖｜圖源：中國科學技術大學

針對高維軌道角動量糾纏分發中面臨的問題，李傳鋒、黃運鋒研究組與暨南大學、中山大學研究組合作，自主研發了適用于光子空分復用的少模光纖，設計了軌道角動量模式色散預補償裝置，首次在1公里光纖中實現了三維軌道角動量糾纏光子對的分發。分發后的量子態通過廣義貝爾不等式（CGLMP不等式）的驗證，得到3個標準偏差的不等式違背，驗證了量子態的高維非局域性。針對在光纖中的模式色散退相干特性，研究組還提出了進一步擴展其維度和傳輸距離的實現方案。該工作為未來利用空間模式復用技術實現長距離的高維量子信息任務提供了可能性。