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新華網:中奧學者研究量子通信獲重要進展:首次實現高保真度32維量子糾纏態
发布时间:2020-09-14 09:18

記者從中國科學技術大學獲悉,該校郭光燦院士團隊近期在高維量子通信研究中取得重要進展,團隊中的李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作,首次實現了高保真度的32維量子糾纏態。

相比012維系統,高維量子糾纏態在信道容量上有著巨大優勢。然而要實現這一優勢,必須要實現高保真度高維量子糾纏態的制備、傳輸與測量。此前人們廣泛采用軌道角動量、時間或頻率自由度進行編碼,但還沒能很好地解決高維量子糾纏態的制備、傳輸與測量問題。

李傳鋒、柳必恒等人另辟蹊徑,2016年以來采用光子的路徑自由度編碼並取得一系列前沿突破。比如近期采用商用多芯光纖解決高維糾纏的傳輸問題,實現了4維量子糾纏態在11公裏光纖中的有效傳輸。

但隨著維度數的增加,量子系統的複雜度及操控與測量難度都急劇提高。“1個比特可以攜帶2維信息,5個比特就可以攜帶25次方——也就是32維的信息。信道的容量暴增,但信息准確率卻更難保證了,失真率大大增加。李傳鋒說。

爲解決這些問題,近期李傳鋒、柳必恒研究組在實驗上設計出緊湊的光學分束器來實現分束與合束,並采用空間光調制器精確地對每一束光進行強度和相位調制。他們與奧地利科學院馬庫斯·胡貝爾教授研究組合作,理論上給出了一種高效的高維糾纏態認證方法。對于一個32維的糾纏態,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,這種新方法只需要1000次測量即可完成。

通過實驗,研究組實現了32維的量子糾纏態,並測定其保真度爲0.933。在保持高保真度的情況下,創造了量子糾纏態的維度數新世界紀錄。國際知名學術期刊《物理評論快報》日前發表了該成果。

李傳鋒介紹,這個研究進展顯著提高了量子通信的信道容量,同時爲研究高維系統下的量子物理基本問題打下重要基礎。