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中國科學(xué)家實現(xiàn)相距一公里的高維量子糾纏分發(fā)

2020-03-20 16:51

據(jù)央視新聞消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(xué)李朝暉教授、中山大學(xué)余思遠教授等合作，首次實現(xiàn)公里級三維軌道角動量的糾纏分發(fā)。該工作為未來利用空間模式復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)長距離的高維量子信息任務(wù)提供了可能性。這一研究成果于近日發(fā)表在國際知名光學(xué)期刊Optica上。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)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(fā)對于量子技術(shù)的實用化及量子物理基本問題的檢驗至關(guān)重要。高維系統(tǒng)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(guān)注的高維系統(tǒng)，在維度擴展性方面極具優(yōu)勢。然而軌道角動量糾纏易受大氣湍流或光纖中模式串?dāng)_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(fā)。

高維軌道角動量糾纏分發(fā)實驗裝置圖｜圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

針對高維軌道角動量糾纏分發(fā)中面臨的問題，李傳鋒、黃運鋒研究組與暨南大學(xué)、中山大學(xué)研究組合作，自主研發(fā)了適用于光子空分復(fù)用的少模光纖，設(shè)計了軌道角動量模式色散預(yù)補償裝置，首次在1公里光纖中實現(xiàn)了三維軌道角動量糾纏光子對的分發(fā)。分發(fā)后的量子態(tài)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(tài)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(xiàn)方案。該工作為未來利用空間模式復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)長距離的高維量子信息任務(wù)提供了可能性。