ICT/융합

1Km 고차원 양자 얽힘 분배 구현

발행일 : 2020 / 03 / 17

중국과학기술대학교 궈광찬(郭光灿) 연구팀, 리촨펑(李传锋)/황윈펑(黄运锋) 연구팀, 지난(暨南)대학교 리차오후이(李朝晖) 연구팀, 중산(中山)대학교 위쓰위안(余思远) 연구팀은 최초로 킬로미터급 3D 궤도 각운동량의 얽힘 분배를 구현함으로써 향후 공간 모드 다중화 기술을 이용하여 장거리 고차원 양자 통신 작업을 달성할 수 있는 가능성을 마련했다. 해당 성과는 “Optics”에 게재되었다.

양자 얽힘은 양자 통신, 양자 정밀 측정 및 양자 컴퓨팅 등 양자 정보 프로세스의 주요 자원이다. 양자 얽힘의 장거리 분배는 양자 기술의 실용성 및 양자 물리학의 기본 문제 검사에 있어서 매우 필수적이다. 고차원 시스템은 더 높은 채널 용량, 더 강력한 도청 방지 기능 및 보다 효과적인 양자 컴퓨팅 기능을 구비한다. 광자의 궤도 각운동량은 최근 광범위한 관심을 받고 있는 고차원 시스템으로 차원 확장에서 매우 큰 장점을 갖고 있다. 그러나 궤도 각운동량 얽힘은 대기 난류 또는 광섬유의 모드 혼선 및 모드 분산의 영향으로 기존에는 수 미터 거리 전송만 가능했으며 이 또한 2차원 얽힘의 분배에 제한되었다.

고차원 궤도 각운동량 얽힘 분배 문제를 해결하기 위해 연구팀은 광자 공간 분할 다중화에 적합한 소모드 광섬유를 자체 개발하고 궤도 각운동량 모드 분산 사전보상 장치를 설계하여 최초로 1Km 광섬유에서 3D 궤도 각운동량 얽힘 광자쌍의 분배를 구현했다. 분배 후의 양자 상태는 일반화된 벨의 부등식(CGLMP 부등식)에 의해 검증되었고 3개 표준 편차의 부등식 위배를 획득함으로써 양자 상태의 고차원 비국소성을 검증했다. 또한, 광섬유의 모드 분산 및 디코히어런스(Decoherence) 특성에 대해 연구팀은 차원과 전송 거리를 심층 확장하기 위한 구현 방안을 제안했다.

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