Une équipe dirigée par le professeur Guo Guangcan de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) et ses collaborateurs ont d'abord réalisé la distribution de l'intrication du moment angulaire orbital de grande dimension sur une fibre à quelques modes de 1 km. Le résultat est publié dans Optique .

L'augmentation de la capacité du canal et de la tolérance au bruit dans les communications quantiques est une forte motivation pratique pour le codage de l'information quantique dans les systèmes multiniveaux, qudits par opposition aux qubits. D'un point de vue fondamental, l'enchevêtrement dans des dimensions supérieures présente des structures plus complexes et des corrélations non classiques plus fortes. L'intrication de grande dimension a démontré son potentiel pour augmenter la capacité des canaux et la résistance au bruit dans le traitement de l'information quantique. Malgré ces avantages, la distribution de l'enchevêtrement de grande dimension est relativement nouvelle et reste difficile.

Le moment angulaire orbital du photon est un système de grande dimension auquel on a accordé beaucoup d'attention ces dernières années. Cependant, l'enchevêtrement du moment angulaire orbital est sensible à la turbulence atmosphérique ou à la diaphonie de modes et à la dispersion de modes dans les fibres optiques. Il ne peut transmettre que quelques mètres, et est limité à une distribution d'intrication bidimensionnelle.

Dans ce travail, les chercheurs ont signalé la première distribution de l'intrication tridimensionnelle du moment angulaire orbital (OAM) via une fibre optique à quelques modes de 1 km de long.

En utilisant une technique de précompensation de phase à stabilisation active, ils ont réussi à transporter un photon d'une paire de photons enchevêtrés OAM tridimensionnels à travers la fibre. Avec leurs mesures, ils sont capables de certifier l'intrication tridimensionnelle via une fidélité à l'état tridimensionnel d'enchevêtrement maximal (MES) de 0,71, et une violation d'une inégalité Collins-Gisin-Linden-Massar-Popescu (CGLMP).

En outre, ils ont certifié que l'intrication quantique de grande dimension survit au transport en violant une inégalité de Bell généralisée, obtenir une violation de ~3 écarts-types.

Ils ont montré que la préservation du front d'onde est possible avec la précompensation, permettant potentiellement un traitement ultérieur de l'information après la fibre. La méthode développée peut être étendue à une dimension OAM plus élevée et à des distances plus grandes en principe.

Leurs travaux constituent une avancée significative pour la distribution de l'intrication de grande dimension dans les modes spatiaux transversaux des photons. À l'avenir, ils espèrent qu'avec les résultats récents sur la résilience au bruit exploitant des dimensions plus élevées, le travail motivera d'autres recherches expérimentales sur de nouveaux protocoles impliquant des communications quantiques de grande dimension à longue distance via la fibre.