利用空间调制光在维也纳上空穿越湍流大气进行通信

光的横向空间模式提供了一个具有有趣物理特性的大型状态空间。为了在未来的长距离实验中利用它，空间模式必须通过湍流自由空间链路进行传输。近期许多实验室规模的实验发现，在通过模拟湍流和随后的相干检测进行传输后，模式质量会显著下降。在这里，我们实验性地分析了一类重要的空间模式——轨道角动量（OAM）模式——在维也纳市上空穿越 3 公里强湍流后的传输情况。我们没有执行依赖于相位的相干测量，而是采用了一种非相干检测方案，该方案依赖于不同空间模式明确的强度图样。我们使用模式识别算法（人工神经网络）来识别接收端屏幕上显示的特征模式图样。我们能够以仅约 1.7% 的错误率区分 16 种不同的 OAM 模式叠加态，并用它们来编码和传输小型灰度图像。此外，我们发现叠加模式的相对相位不受大气影响，这确立了利用光子 OAM 进行长距离量子实验的可行性。我们的检测方法同样适用于其他具有明确强度图样的空间模式类别，并且可以通过现代模式识别技术进一步改进。