Uma equipe liderada pelo Prof. Guo Guangcan da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e colaboradores primeiro realizaram a distribuição do emaranhamento de momento angular orbital de alta dimensão em uma fibra de poucos modos de 1 km. O resultado é publicado em Optica .

Aumentar a capacidade do canal e a tolerância ao ruído nas comunicações quânticas é uma forte motivação prática para codificar informações quânticas em sistemas multiníveis, qudits em oposição a qubits. De uma perspectiva fundamental, o emaranhamento em dimensões superiores exibe estruturas mais complexas e correlações não clássicas mais fortes. O emaranhamento de alta dimensão demonstrou seu potencial para aumentar a capacidade do canal e a resistência ao ruído no processamento de informações quânticas. Apesar desses benefícios, a distribuição do emaranhamento de alta dimensão é relativamente nova e continua sendo um desafio.

O momento angular orbital do fóton é um sistema de alta dimensão ao qual se tem dado muita atenção nos últimos anos. Contudo, O emaranhamento do momento angular orbital é suscetível à turbulência atmosférica ou crosstalk de modo e dispersão de modo em fibras ópticas. Ele pode transmitir apenas alguns metros, e é limitado à distribuição de emaranhamento bidimensional.

Nesse trabalho, pesquisadores relataram a primeira distribuição de emaranhamento de momento angular orbital tridimensional (OAM) por meio de uma fibra óptica de poucos modos de 1 km de comprimento.

Usando uma técnica de pré-compensação de fase de estabilização ativa, eles transportaram com sucesso um fóton de um par de fótons emaranhados OAM tridimensional através da fibra. Com suas medidas, eles são capazes de certificar o emaranhamento tridimensional por meio de uma fidelidade ao estado tridimensional maximamente emaranhado (MES) de 0,71, e uma violação da desigualdade Collins – Gisin – Linden – Massar – Popescu (CGLMP).

Além disso, eles certificaram que o emaranhamento quântico de alta dimensão sobrevive ao transporte ao violar uma desigualdade de Bell generalizada, obtendo uma violação de ~ 3 desvios padrão.

Eles mostraram que a preservação da frente de onda é possível com pré-compensação, potencialmente permitindo mais processamento de informações após a fibra. O método desenvolvido pode ser estendido para uma dimensão OAM superior e distâncias maiores em princípio.

Seu trabalho é um passo significativo para a distribuição do emaranhamento de alta dimensão nos modos transversais espaciais dos fótons. No futuro, eles esperam que, juntamente com os resultados recentes sobre a resiliência ao ruído explorando dimensões superiores, o trabalho irá motivar mais pesquisas experimentais em novos protocolos que envolvem comunicações quânticas de alta dimensão de longa distância por meio de fibra.