我国科学家实现相距一公里的高维量子纠缠分发

记者从中国科技大学获悉，郭广灿院士的团队在量子通信实验方面取得了重要进展。李传峰、黄云峰团队与暨南大学李朝晖教授、中山大学于思远教授合作，首次实现千米级三维轨道角动量的纠缠分布。研究结果发表在2020年3月12日国际著名的光学杂志《光学》上。

量子纠缠是量子通信、量子精密测量和量子计算等量子信息处理中的重要资源。它的长距离分布对量子技术的实用性和基本量子物理问题的研究至关重要。高维系统具有更高的信道容量、更强的抗窃听能力和更有效的量子计算能力。光子的轨道角动量是一个高维系统，近年来引起了广泛的关注，并且在维度可伸缩性方面具有很大的优势。然而，轨道角动量纠缠很容易受到大气湍流或光纤中模式串扰和模式色散的影响。在此之前，它只能传输几米的距离，并且仅限于二维纠缠的分布。

为了解决高维轨道角动量纠缠的分布问题，研究人员自主开发了一种适合光子空分复用的多模光纤，并设计了一种轨道角动量模色散预补偿装置。首次在1公里长的光纤中实现了三维轨道角动量纠缠光子对的分布。用广义Bell不等式(CGLMP不等式)验证了分布式量子态，得到了三个违反标准偏差不等式的结果，验证了量子态的高维非局域性。鉴于光纤中的模式色散消相干，研究小组还提出了一个进一步扩展其尺寸和传输距离的方案。

该研究为将来利用空间模式复用技术实现长距离、高维量子信息任务提供了可能。