助力量子发展，从几米到一公里！中科大实现远程高维量子纠缠分发

量子纠缠作为量子通讯、量子精密测量和量子计算等量子信息过程的重要资源，其长距离分发对于量子技术的实用化及量子物理基本问题的检验至关重要。这些年各国都在加紧进行量子技术研究，当然量子技术的方向和应用有很多，比如前面说的量子通信、量子精密测量、量子计算等等，为何如此重要呢？

以量子通信为例子，量子通信主要以量子态作为信息单元以实现对信息的有效传送，具有绝对保密、通信容量大、传输速度快等优点，可以完成经典通信所不能完成的特殊任务，如构建无法破译的密钥系统等。

而量子计算机就更厉害了，作为一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置，它与现在的电子管0、1两个状态不同，量子计算机使用的是量子比特，其量子叠加和量子纠缠是两个杀手锏。

量子叠加能够让一个量子比特同时具备0 和1 的两种状态，量子纠缠能让一个量子比特与空间上独立的其他量子比特共享自身状态，创造出一种超级叠加，实现量子并行计算，其计算能力可随着量子比特位数的增加呈指数增长。理论上，拥有300 个量子比特的量子计算机就能支持比宇宙中原子数量更多的并行计算，量子计算机能够将某些经典计算机需要数万年来处理的复杂问题的运行时间缩短至几秒钟。

近日，中国科技大学郭光灿院士团队在量子通信实验方面取得重要进展，首次实现公里级三维轨道角动量的纠缠分发，研究成果已于近日发表在国际知名光学期刊Optica上。

高维量子纠缠系统拥有更高的信道容量，更强的抗窃听能力以及更有效的量子计算能力。光子的轨道角动量是近年来被广泛关注的高维系统，在维度扩展性方面极具优势，然而轨道角动量纠缠易受大气湍流或光纤中模式串扰及模式色散的影响，在此之前仅能传输几米的距离，并且局限于二维纠缠的分发。

针对高维轨道角动量纠缠分发中面临的问题，团队自研了适用于光子空分复用的少模光纤，设计了轨道角动量模式色散预补偿装置，首次在1公里光纤中实现了三维轨道角动量纠缠光子对的分发。分发后的量子态通过广义贝尔不等式（CGLMP不等式）的验证，得到3个标准偏差的不等式违背，验证了量子态的高维非局域性。该工作为未来利用空间模式复用技术实现长距离的高维量子信息任务提供了可能性。

对此，你们怎么看？