四維超糾纏態光子室外首次傳輸成功—新聞—科學網

2020-11-25 科學網
四維超糾纏態光子室外首次傳輸成功
向構建更高效安全量子網絡邁出重要一步

 

科技日報北京8月24日電 （記者聶翠蓉）據物理學家組織網23日報導，奧地利科學家成功在兩個相距1200米的屋頂間傳送了超糾纏態光子，首次在實驗室以外的現實世界證明了超糾纏態光子傳輸的可行性。發表在最新一期《自然·通訊》雜誌的這一研究成果，向實現基於衛星系統快速安全傳輸量子信息的全球化量子網絡邁出了重要一步。

目前最簡單常用的光子糾纏是偏振糾纏，即單個光子通常表現出垂直偏振態或水平偏振態，但糾纏後就會處於水平偏振和垂直偏振的疊加態。用偏振糾纏對數據編碼，每個光子最多只能攜帶一個量子位信息。而光子還有其他糾纏方式，將這些方式與偏振糾纏結合使用，可獲得更具優勢的超糾纏光子態，不僅具有更高的數據傳輸效率、儲存的信息量子位也成倍增加，量子通信的安全等級也會大大提升。但之前關於超糾纏光子的相關實驗只在受到嚴格保護的實驗室環境內短距離實現。

新研究中，奧地利科學院量子光學和量子信息研究所（IQOQI）物理學家魯帕特·烏爾辛帶領其團隊，在偏振糾纏中加入了另一種「能量時間糾纏」，從而創造了一種四維超糾纏光子態。實驗中，他們選用「早」和「晚」這兩個特定值，代表兩個能量時間糾纏態。

研究團隊利用實驗室的超糾纏光源產生了大量超糾纏光子對，每個光子對中的一個光子儲存在實驗室，另一個光子則通過光纖傳送到實驗室屋頂的雷射發射管，該發射管將這個光子通過自由空間發送到相距1200米的另一房頂上安裝的接收裝置，光子到達後仍然能保持與實驗室內另一光子的超糾纏態。

實驗證明，儘管大氣渦旋導致超糾纏光子的傳輸效率變化無常，且有大約一半的光子被光學器件吸收而失蹤，但每秒仍能檢測到2萬對光子在相距1200米處保持超糾纏態，首次證明了能量時間/偏振同時糾纏的超糾纏光子在真實世界中的可操作性，為開發基於超糾纏光子的量子應用鋪平了道路。

 

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