Un team guidato dal Prof. Guo Guangcan dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) e collaboratori ha realizzato per la prima volta la distribuzione dell'entanglement del momento angolare orbitale ad alta dimensione su una fibra di pochi modi di 1 km. Il risultato è pubblicato in ottica .

Aumentare la capacità del canale e la tolleranza al rumore nelle comunicazioni quantistiche è una forte motivazione pratica per la codifica delle informazioni quantistiche nei sistemi multilivello, qudit rispetto a qubit. Dal punto di vista fondamentale, l'entanglement in dimensioni superiori mostra strutture più complesse e correlazioni non classiche più forti. L'entanglement ad alta dimensione ha dimostrato il suo potenziale per aumentare la capacità del canale e la resistenza al rumore nell'elaborazione delle informazioni quantistiche. Nonostante questi vantaggi, la distribuzione dell'entanglement ad alta dimensione è relativamente nuova e rimane impegnativa.

Il momento angolare orbitale del fotone è un sistema ad alta dimensione a cui è stata prestata molta attenzione negli ultimi anni. Però, l'entanglement del momento angolare orbitale è suscettibile alla turbolenza atmosferica o alla diafonia di modalità e alla dispersione di modalità nelle fibre ottiche. Può trasmettere solo pochi metri, ed è limitato alla distribuzione di entanglement bidimensionale.

In questo lavoro, i ricercatori hanno riportato la prima distribuzione dell'entanglement tridimensionale del momento angolare orbitale (OAM) tramite una fibra ottica a poche modalità lunga 1 km.

Utilizzando una tecnica di precompensazione di fase attivamente stabilizzante, hanno trasportato con successo un fotone di una coppia di fotoni entangled OAM tridimensionale attraverso la fibra. Con le loro misure, sono in grado di certificare l'entanglement tridimensionale tramite una fedeltà allo stato di massima entanglement tridimensionale (MES) di 0,71, e una violazione di una disuguaglianza Collins-Gisin-Linden-Massar-Popescu (CGLMP).

Inoltre, hanno certificato che l'entanglement quantistico ad alta dimensione sopravvive al trasporto violando una disuguaglianza di Bell generalizzata, ottenendo una violazione di ~3 deviazioni standard.

Hanno dimostrato che preservare il fronte d'onda è possibile con la precompensazione, potenzialmente consentendo un'ulteriore elaborazione delle informazioni dopo la fibra. Il metodo sviluppato può essere esteso in linea di principio a una dimensione OAM più elevata ea distanze maggiori.

Il loro lavoro è un significativo passo avanti per la distribuzione dell'entanglement ad alta dimensione nelle modalità spaziali trasversali dei fotoni. Nel futuro, sperano che insieme ai recenti risultati sulla resilienza al rumore sfruttando dimensioni più elevate, il lavoro motiverà ulteriori ricerche sperimentali su nuovi protocolli che coinvolgono comunicazioni quantistiche ad alta dimensione a lunga distanza attraverso la fibra.