光学轨道角动量复用技术大幅提升连续变量量子通信系统纠缠容量

近年来，量子信息领域发展迅速，其中量子纠缠是非常重要的量子资源，提高量子通信体系中的纠缠容量，从而提高量子通信的信道容量对于实现大规模量子信息网络至关重要。一方面，复用是提高经典通信系统信息承载能力的重要手段。而另一方面，光学轨道角动量作为一个重要的物理量，引起了广泛的研究兴趣，由于光学轨道角动量具有螺旋波前、无限带宽等性质特点，已经被成功应用于光学微粒操控、经典光通讯以及分离变量量子纠缠等领域。

荆杰泰教授团队把复用的概念和光学轨道角动量自由度相结合，并应用于连续变量纠缠体系，从而提出了一种通过复用光学轨道角动量的不同模式来大幅度增加量子通信体系纠缠容量的方案，并且最终在实验上实现（如图1）。

该工作提出了将光学轨道角动量复用的概念应用于连续变量量子体系，实现了光学轨道角动量模式复用的连续变量量子纠缠系统，大幅度提高了系统的纠缠容量，为连续变量量子通信研究提供了一个新的平台和思路。

相关成果以“Orbital-Angular-Momentum Multiplexed Continuous-Variable Entanglement from Four-Wave Mixing in Hot Atomic Vapor”为题发表在Physical Review Letters 123, 070506 (2019)上，通讯作者为荆杰泰教授，论文第一作者是博士生潘晓州。该工作得到了国家自然科学基金委以及上海市科委的资助。