近日，中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队与暨南大学、中山大学等研究团队合作，在量子通信实验方面取得新进展，首次实现了公里级三维轨道角动量的纠缠分发。这一研究成果日前发表在国际光学期刊《光学》上。
量子纠缠作为量子通讯、量子精密测量和量子计算等量子信息过程的重要资源，其长距离分发对于量子技术的实用化及量子物理基本问题的检验至关重要。高维系统拥有更高的信道容量，更强的抗窃听能力以及更有效的量子计算能力。光子的轨道角动量是近年来被广泛关注的高维系统，在维度扩展性方面极具优势。然而轨道角动量纠缠易受大气湍流或光纤中模式串扰及模式色散的影响，在此之前仅能传输几米的距离，并且局限于二维纠缠的分发。
△高维轨道角动量纠缠分发实验装置图
针对高维轨道角动量纠缠分发中面临的问题，研究团队自主研发了适用于光子空分复用的少模光纤，设计了轨道角动量模式色散预补偿装置，首次在1公里光纤中实现了三维轨道角动量纠缠光子对的分发。分发后的量子态通过广义贝尔不等式，验证了量子态的高维非局域性。针对在光纤中的模式色散退相干特性，研究组还提出了进一步扩展其维度和传输距离的实现方案。专家表示，这一研究为未来利用空间模式复用技术实现长距离的高维量子信息任务提供了可能性。（总台央视记者 帅俊全）
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