中國科大首次實現突破經典極限的量子指紋識別

2020-12-17 51cto

中國科大首次實現突破經典極限的量子指紋識別

量子指紋識別理論於2001年提出，但受限於各種技術條件，國際上以往的實驗都未能突破經典極限。潘建偉小組搭建了具有主動相位補償的20公裡長雙Sagnac幹涉儀，結合中科院上海微系統所超導實驗室研製的超低噪聲超導納米線單光子探測器，最終實現了傳輸信息量比經典極限低84%的量子指紋識別。

作者：佚名來源：中國科大新聞網|2016-07-04 08:27

隨著網際網路技術和多媒體應用的快速發展，特別是大數據時代的到來，光通信網絡的業務量正在以指數級的速度迅速增長。考慮到有限的光纖線路資源，傳遞最少的信息來進行有效的數據處理和提高單根光纖信道容量是目前光通信學術界和工業界的核心問題。量子通信除了可以提供無條件安全的信息傳輸手段外，也可以通過量子通信複雜度(Quantum Communication Complexity)研究為提高信道容量提供有效解決途徑。量子通信複雜度研究利用量子力學的疊加原理，可以用量子信道提供更高的信道容量，其中一個重要的應用就是量子指紋識別。指紋識別主要應用於遙遠雙方進行信息比對，假設需要比對的信息量為N個比特，經典方法所需要傳送的最小信息量為比特，而量子指紋識別可以將需要傳送的信息量降低為 logN比特，以指數級數提高信道容量。

量子指紋識別理論於2001年提出，但受限於各種技術條件，國際上以往的實驗都未能突破經典極限。潘建偉小組搭建了具有主動相位補償的20公裡長雙Sagnac幹涉儀，結合中科院上海微系統所超導實驗室研製的超低噪聲超導納米線單光子探測器，最終實現了傳輸信息量比經典極限低84%的量子指紋識別。該實驗室不但是世界上首次突破經典極限的量子指紋識別，也是首次在實驗中觀測到量子信道容量相比經典信道的優越性。

審稿人對這一工作的重要性給予高度認可，稱讚這一實驗為「提供了量子密鑰分發之外的量子信息的重要應用」( 「It is important to advance towards such implementations that provide a provable advantage thanks to the use of quantum resources, for protocols other than QKD.」)，歐洲物理學會下屬網站《物理世界》在文章未發表之前就該工作進行了報導，報導援引國際著名量子通信專家Norbert Luetkenhaus的評論，「這項研究將開啟其他很多(量子通信)方面的應用。」

該研究工作得到了中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中科院超導電子學卓越創新中心、中科院-阿里巴巴量子計算實驗室、基金委、科技部、教育部等部門的支持。

(合肥微尺度物質科學國家實驗室、量子信息與量子科技前沿創新中心、科研部)

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