中國科大實現遠距離量子糾纏純化

2021-01-12 中國科大新聞網

我校郭光燦院士團隊在量子通信和量子網絡的研究中取得重要進展。該團隊李傳鋒、柳必恆研究組與南京郵電大學盛宇波等人合作，利用高品質的超糾纏源，首次實現了11公裡的遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升了6000多倍。該成果2021年1月8日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

量子中繼是在噪聲信道中實現長距離量子通信的重要途徑，而量子糾纏純化是量子中繼中的關鍵操作，利用量子糾纏純化操作可以從兩份糾纏度較低的糾纏態中提煉出一份糾纏度較高的糾纏態。此前的糾纏純化協議都是利用兩對低糾纏度的光子對實現，而研究組與合作者提出僅需一對超糾纏光子對的糾纏純化方案。

他們實驗上製備出偏振和路徑分別處於糾纏態的超糾纏光子對，並在11公裡長的多芯光纖裡進行糾纏分發，然後進行量子糾纏純化操作。實驗結果表明，分發後的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時，純化得到的糾纏態的保真度可以提升到0.774，而初始保真度均為約0.771時，純化後的保真度則可提升到0.887。他們還首次將糾纏純化用於量子密鑰分發，純化前糾纏態的糾纏度太低，產生的有效密鑰率為0，而經過純化後，有效密鑰率則提升到0.371。此外，由於只需要使用一對超糾纏光子對，該方案的純化效率（每秒大約輸出400對）比此前國際上的最好水平提升了6000多倍。

該成果邁出了糾纏純化從實驗室平臺到遠距離的關鍵一步，同時大幅提升了糾纏純化效率，為將來實現高效率的量子中繼提供了有力的技術保障。

論文第一作者為中科院量子信息重點實驗室特任副研究員胡曉敏。該研究得到科技部、國家基金委、中科院、安徽省的支持。

（a）實驗概念圖，（b）實驗原理圖。

文章連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.010503


（中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創新研究院、科研部）

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