En kilometer gennembrud gjort i kvantefelt

Et team ledet af prof. Guo Guangcan fra University of Science and Technology of China (USTC) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og samarbejdspartnere realiserede først fordelingen af ​​højdimensionel orbital vinkelmomentforvikling over en 1 km få-mode fiber. Resultatet er offentliggjort i Optica .

Forøgelse af kanalkapacitet og tolerance over for støj i kvantekommunikation er en stærk praktisk motivation for kodning af kvanteinformation i multilevel -systemer, qudits i modsætning til qubits. Set fra et grundlæggende perspektiv, sammenfiltring i højere dimensioner udviser mere komplekse strukturer og stærkere ikke-klassiske korrelationer. Højdimensionel sammenfiltring har vist sit potentiale for at øge kanalkapacitet og modstandsdygtighed over for støj i kvanteinformationsbehandling. På trods af disse fordele, fordelingen af ​​højdimensionel sammenfiltring er relativt ny og er stadig udfordrende.

Fotons orbitale vinkelmoment er et højdimensionelt system, som der er blevet lagt stor vægt på i de seneste år. Imidlertid, orbital vinkelmomentforvikling er modtagelig for atmosfærisk turbulens eller tilstandsoverskridelse og tilstandsdispersion i optiske fibre. Den kan kun sende et par meter, og er begrænset til todimensionel sammenfiltringsfordeling.

I dette arbejde, forskere rapporterede den første distribution af tredimensionel orbital vinkelmoment (OAM) sammenfiltring via en 1 km lang få-mode optisk fiber.

Ved hjælp af en aktivt stabiliserende fase forkompensationsteknik, de transporterede med succes en foton af et tredimensionelt OAM-sammenfiltret fotonpar gennem fiberen. Med deres foranstaltninger, de er i stand til at certificere tredimensionel sammenfiltring via en troskab til den tredimensionelle maksimalt viklede tilstand (MES) på 0,71, og en overtrædelse af en ulighed mellem Collins – Gisin – Linden – Massar – Popescu (CGLMP).

Ud over, de bekræftede, at den højdimensionelle kvanteindvikling overlever transporten ved at krænke en generaliseret Bell-ulighed, opnåelse af en overtrædelse af ~ 3 standardafvigelser.

De viste, at det er muligt at bevare bølgefronten med forkompensation, muligvis muliggør yderligere informationsbehandling efter fiberen. Den udviklede metode kan udvides til en højere OAM -dimension og større afstande i princippet.

Deres arbejde er et vigtigt skridt fremad for distribution af højdimensionel sammenfiltring i fotons tværgående rumlige tilstande. I fremtiden, de håber, at sammen med de seneste resultater om støjmodstandsdygtigheden ved at udnytte højere dimensioner, arbejdet vil motivere til yderligere eksperimentel forskning i nye protokoller, der involverer langdistance-højdimensionel kvantekommunikation gennem fiber.