中科大高維量子通信重要進(jìn)展：量子隱形傳態(tài)

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布，中科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組利用六光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子隱形傳態(tài)。該成果 2020 年 12 月 2 日發(fā)表在國際知名期刊《物理評論快報》上。

IT之家獲悉，量子隱形傳態(tài)是建立遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)之一。相比二維系統(tǒng)，高維量子網(wǎng)絡(luò)具有更高的信道容量、更高的安全性等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的廣泛關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前量子信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

為了實(shí)現(xiàn)高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從 2016 年開始采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）］，制備出了高保真度的三維糾纏態(tài) ［PRL 117， 170403（2016）］；解決路徑維度擴(kuò)展問題，實(shí)現(xiàn)了 32 維量子糾纏態(tài) ［PRL 125， 080503 （2020）］；解決路徑自由度的傳輸問題，實(shí)現(xiàn)了高維量子糾纏態(tài)在 11 公里光纖中的有效傳輸 ［Optica 7， 738 （2020）］等。研究組從 2017 年起開始了高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。然而理論研究表明，在線性光學(xué)體系中，必須采用輔助粒子才能實(shí)現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)，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(shí)現(xiàn) d 維的量子隱形傳態(tài)，從而解決了資源消耗問題。然后實(shí)驗(yàn)上利用主動反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑間的相位鎖定，干涉可見度在 45 小時內(nèi)保持在 0.98 的水平，從而利用六光子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維的量子隱形傳態(tài)。研究組對三維量子隱形傳態(tài)過程做了過程層析，保真度達(dá)到 0.596，以 7 個標(biāo)準(zhǔn)差超過了經(jīng)典極限值 1/3，證實(shí)了三維量子隱形傳態(tài)過程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)為構(gòu)建高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員胡曉敏和張超。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省的支持。

圖 1、糾纏輔助的高維量子隱形傳態(tài)示意圖

圖 2、三維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)裝置圖

責(zé)任編輯：haq