Een team onder leiding van Prof. Guo Guangcan van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) en medewerkers realiseerden voor het eerst de distributie van hoogdimensionale orbitale impulsmomentverstrengeling over een 1 km vezel met enkele modi. Het resultaat is gepubliceerd in optiek .

Het vergroten van de kanaalcapaciteit en tolerantie voor ruis in kwantumcommunicatie is een sterke praktische motivatie voor het coderen van kwantuminformatie in systemen met meerdere niveaus, qudits in tegenstelling tot qubits. Vanuit een fundamenteel perspectief, verstrikking in hogere dimensies vertoont complexere structuren en sterkere niet-klassieke correlaties. Hoogdimensionale verstrengeling heeft zijn potentieel aangetoond voor het vergroten van de kanaalcapaciteit en weerstand tegen ruis bij de verwerking van kwantuminformatie. Ondanks deze voordelen, de distributie van hoogdimensionale verstrengeling is relatief nieuw en blijft een uitdaging.

Het baanimpulsmoment van foton is een hoogdimensionaal systeem waar de laatste jaren veel aandacht aan is besteed. Echter, orbitale impulsmomentverstrengeling is gevoelig voor atmosferische turbulentie of modusoverspraak en modusdispersie in optische vezels. Het kan maar een paar meter zenden, en is beperkt tot tweedimensionale verstrengelingsdistributie.

In dit werk, onderzoekers rapporteerden de eerste distributie van driedimensionale orbitale impulsmoment (OAM) verstrengeling via een 1-km lange enkele-mode optische vezel.

Met behulp van een actief stabiliserende fase-precompensatietechniek, ze hebben met succes één foton van een driedimensionaal OAM verstrengeld fotonenpaar door de vezel getransporteerd. Met hun maatregelen ze zijn in staat om driedimensionale verstrengeling te certificeren via een trouw aan de driedimensionale maximaal verstrengelde toestand (MES) van 0,71, en een schending van een Collins-Gisin-Linden-Massar-Popescu (CGLMP) ongelijkheid.

In aanvulling, ze verklaarden dat de hoogdimensionale kwantumverstrengeling het transport overleeft door een algemene Bell-ongelijkheid te schenden, het verkrijgen van een overtreding van ~ 3 standaarddeviaties.

Ze toonden aan dat het behoud van het golffront mogelijk is met precompensatie, mogelijk verdere informatieverwerking mogelijk maken na de vezel. De ontwikkelde methode kan in principe worden uitgebreid naar een hogere OAM-dimensie en grotere afstanden.

Hun werk is een belangrijke stap voorwaarts voor het verspreiden van hoogdimensionale verstrengeling in de transversale ruimtelijke modi van fotonen. In de toekomst, ze hopen dat, samen met recente resultaten over de geluidsbestendigheid door gebruik te maken van hogere dimensies, het werk zal verder experimenteel onderzoek motiveren naar nieuwe protocollen die betrekking hebben op hoge-dimensionale kwantumcommunicatie over lange afstand via glasvezel.