【中國科學報】高保真度32維量子糾纏態首次實現
2020-11-24 中國科大..
本報訊 近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，團隊中的李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利學者合作，首次實現高保真度32維量子糾纏態，創造世界最高水平，為進一步實現各種高維量子信息過程，以及研究高維系統的量子物理基本問題打下重要基礎。該成果近日發表在《物理評論快報》。
相比二維系統，高維量子糾纏態在信道容量上有巨大優勢。然而，要展示這一優勢必須實現高保真度、高維量子糾纏態的製備、傳輸與測量。此前在光學系統中，人們廣泛採用光子的軌道角動量、時間或頻率自由度進行編碼，但還沒有一個系統能夠很好地同時解決高維量子糾纏態的製備、傳輸與測量的難題。
李傳鋒、柳必恆等人另闢蹊徑，於2016年開始採用光子的路逕自由度進行編碼，並取得一系列成果。例如，解決路徑比特的相干性問題，製備出高保真度的三維糾纏態，演示超越二維信道容量極限的量子密集編碼等。他們最近還採用商用多芯光纖解決高維糾纏的傳輸問題，實現了四維量子糾纏態在11公裡光纖中的有效傳輸。
然而，隨著維度數的增加，量子系統的複雜度，以及操控與測量難度指數增加。為了解決維度擴展問題，研究組在實驗上設計出緊湊的光學分束器來實現光學分束與合束，並採用空間光調製器精確地對每一束光進行強度和相位調製。研究組還與奧地利研究人員合作，理論上給出了一種高效的高維糾纏態的認證方法。對一個32維糾纏態而言，完整的量子態層析技術需要進行100萬次測量才能確定量子態的信息，而該方法只需要1000次測量即可完成。最終，研究組在實驗上實現32維量子糾纏態，並測定其保真度為0.933。（桂運安）
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.090503
《中國科學報》 (2020-09-11 第1版 要聞)
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/9/357649.shtm
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