Un equipo dirigido por el profesor Guo Guangcan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China (CAS) y sus colaboradores se dieron cuenta por primera vez de la distribución del entrelazamiento del momento angular orbital de alta dimensión sobre una fibra de pocos modos de 1 km. El resultado se publica en Optica .

Aumentar la capacidad del canal y la tolerancia al ruido en las comunicaciones cuánticas es una fuerte motivación práctica para codificar información cuántica en sistemas multinivel. qudits en lugar de qubits. Desde una perspectiva fundamental, el entrelazamiento en dimensiones superiores exhibe estructuras más complejas y correlaciones no clásicas más fuertes. El entrelazamiento de alta dimensión ha demostrado su potencial para aumentar la capacidad del canal y la resistencia al ruido en el procesamiento de información cuántica. A pesar de estos beneficios, la distribución del entrelazamiento de alta dimensión es relativamente nueva y sigue siendo un desafío.

El momento angular orbital del fotón es un sistema de alta dimensión al que se le ha prestado mucha atención en los últimos años. Sin embargo, El entrelazamiento del momento angular orbital es susceptible de turbulencia atmosférica o diafonía de modo y dispersión de modo en fibras ópticas. Solo puede transmitir unos pocos metros, y se limita a la distribución de entrelazamiento bidimensional.

En este trabajo, Los investigadores informaron de la primera distribución del entrelazamiento del momento angular orbital (OAM) tridimensional a través de una fibra óptica de pocos modos de 1 km de longitud.

Usando una técnica de precompensación de fase de estabilización activa, transportaron con éxito un fotón de un par de fotones entrelazados OAM tridimensional a través de la fibra. Con sus medidas, son capaces de certificar el entrelazamiento tridimensional a través de una fidelidad al estado tridimensional de entrelazado máximo (MES) de 0,71, y una violación de la desigualdad de Collins-Gisin-Linden-Massar-Popescu (CGLMP).

Además, certificaron que el entrelazamiento cuántico de alta dimensión sobrevive al transporte al violar una desigualdad de Bell generalizada, obteniendo una violación de ~ 3 desviaciones estándar.

Demostraron que es posible preservar el frente de onda con precompensación, potencialmente permitiendo un mayor procesamiento de información después de la fibra. El método desarrollado puede extenderse a una dimensión OAM más alta y distancias más grandes en principio.

Su trabajo es un importante paso adelante para la distribución de entrelazamientos de alta dimensión en los modos espaciales transversales de los fotones. En el futuro, esperan que, junto con los resultados recientes sobre la resiliencia al ruido que explota dimensiones superiores, el trabajo motivará una mayor investigación experimental sobre protocolos novedosos que involucran comunicaciones cuánticas de alta dimensión a larga distancia a través de fibra.