中國科學家突破遠距離量子網絡關鍵技術

2020-12-21 本源量子計算

近日，中國科大郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恆研究組利用六光子系統實驗實現了高效的高維量子隱形傳態。該成果2020年12月2日發表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

量子隱形傳態

量子隱形傳態是建立遠距離量子網絡的關鍵技術之一。相比二維系統，高維量子網絡具有更高的信道容量、更高的安全性等優點，受到人們的廣泛關注。如何實現高效的高維量子隱形傳態，從而實現高效的高維量子網絡是當前量子信息領域的研究熱點之一。

圖1、糾纏輔助的高維量子隱形傳態示意圖


圖2、三維量子隱形傳態的實驗裝置圖


輔助粒子實現高維量子隱形傳態

為了實現高維量子通信，李傳鋒、柳必恆等人從2016年開始採用光子的路徑自由度編碼，解決了路徑比特的相干性問題[PRL 117, 220402 (2016)]，製備出了高保真度的三維糾纏態[PRL 117, 170403(2016)]；解決路徑維度擴展問題，實現了32維量子糾纏態[PRL 125, 080503 (2020)]；解決路逕自由度的傳輸問題，實現了高維量子糾纏態在11公裡光纖中的有效傳輸[Optica 7, 738 (2020)]等。研究組從2017年起開始了高維量子隱形傳態的實驗研究。

然而理論研究表明，在線性光學體系中，必須採用輔助粒子才能實現高維量子隱形傳態。

為了實現高維量子隱形傳態，研究組首先巧妙的提出了糾纏輔助的方式，利用log2d-1個輔助糾纏光子對就可以高效的實現d維的量子隱形傳態，從而解決了資源消耗問題。然後實驗上利用主動反饋技術實現路徑間的相位鎖定，幹涉可見度在45小時內保持在0.98的水平，從而利用六光子系統實現了三維的量子隱形傳態。研究組對三維量子隱形傳態過程做了過程層析，保真度達到0.596，以7個標準差超過了經典極限值1/3，證實了三維量子隱形傳態過程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態的實現為構建高效的高維量子網絡打下堅實的基礎。

論文連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.230501


（本文轉自中國科大官網）

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