[01245068]基于轨道角动量的信息传输、感知理论与技术

轨道角动量态（Orbital Angular Momentum， OAM）是经典和量子力学的基本物理量，也是螺旋相位射线束的自然特性，具有高维性、正交性和旋转不变等特性，在大容量高频带利用率通信系统、无条件安全量子通信、大容量信息加密的光学加密、高精度量子测量和成像中都有着重要的应用价值。

针对OAM的信息传输和信息感知，该项目组开展了长期系统的研究，取得以下重要科学发现：1 、提出了基于轨道角动量的大容量信息传输和检测理论，率先完成了原理性的实验验证，降低了大气湍流对传输的干扰，向实用化迈出关键一步。

提出了基于随机相位屏的OAM传输理论，表征出 OAM 在大气湍流信道中本征能量减弱且弥散的传输特性;提出结合纠错编码和波前恢复技术的抗干扰方法，有效地提升OAM传输保真度和通信容量;基于实空间和动量空间香农熵，首次给出量子态的局域化特征表示，提供一种判断局域态、扩展态和临界态方法;在此基础上，提出了有效的OAM分离和基于量子多用户检测的 OAM 检测方法，并获得相关发明专利。

2、提出了基于轨道角动量的信息安全传输理论及技术方案，并应用于光学加密和量子密钥分发中，显著地提高了系统的安全性和密钥生成速率，为量子通信的实用化提供了重要的理论与技术支撑。利用光场间关联，提出了基于QR码和压缩感知的光学加密方法，具有维度高、信息容量大、加解密速度快、信息压缩率高的优势。提出了基于OAM的测量设备无关量子密钥分发协议，减少了收、发端不对齐引起的误码率，提升安全密钥生成率和传输距离。提出可应用于量子密钥分发和其他量子技术中的基于FPGA的高精度符合计数器实现方法、高安全等级对称加密和艾科特量子密钥分发的仿真方法，并获得相关发明专利。

3、提出了基于轨道角动量的信息感知理论及技术方案，率先提出了基于轨道角位置纠缠的关联成像方法，极大地降低了关联成像重建的时延，促进了量子关联成像走向实际应用。

利用OAM 纠缠特性，提出了基于快速沃尔什哈达玛变换的关联成像方案，解决了因压缩感知所导致的重建延时问题，达到实时成像要求;提出了基于信道编码的 OAM 态纠缠关联成像方案，有效降低噪声环境的影响;

首次提出基于角位置纠缠的量子关联成像和三维压缩计算关联成像方案，获得相关发明专利和计算机软件著作权相关研究成果发表在Opt. Express、Phys. Rev. A、Phys. Rev. B、Phys. Rev. E、J. Lightwave Technol.等国内外学术期刊会议，共计128篇论文，其中SCI收录47篇、EI收录46篇;

授权发明专利9项，计算机软件著作权1项。SCI总引用594次，Google总引用942次，且部分论文被国际著名课题组在多个国际顶级期刊如Nature Photon.，Nature Commun.等上引用。

8篇代表作的SCI总他引153次，Google总引用289次。受到了包括美国工程院院士、国际光学学会（OSA）主席、南加州大学Willner教授和英国科学院皇家学会院士、英国格拉斯哥大学Padgett教授等研究小组的正面引用。