利用六光子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在高維量子通信中取得重要進(jìn)展

高效高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)為構(gòu)建高效高維量子網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

來自中國(guó)科大的消息顯示，中國(guó)科大郭光燦院士團(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)，在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展。

據(jù)了解，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)。

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，制備出了高保真度的三維糾纏態(tài)；解決路徑維度擴(kuò)展問題，實(shí)現(xiàn)了32維量子糾纏態(tài)；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?shù)取?/p>

2017年起，研究組開始了高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。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(gè)輔助糾纏光子對(duì)就可以高效的實(shí)現(xiàn)d維量子隱形傳態(tài)，從而解決了資源消耗問題；實(shí)驗(yàn)上利用主動(dòng)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(shí)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)。研究結(jié)果顯示，量子隱形傳態(tài)保真度達(dá)到0.596，以7個(gè)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。

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

據(jù)了解，中國(guó)科大首次實(shí)現(xiàn)高維度量子隱形傳態(tài)是在2019年8月15日。中國(guó)科大潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等和奧地利維也納大學(xué)塞林格小組合作，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱形傳態(tài)。這是自1997年實(shí)現(xiàn)二維量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)以來，科學(xué)家第一次在理論和實(shí)驗(yàn)上把量子隱形傳態(tài)擴(kuò)展到任意維度，為復(fù)雜量子系統(tǒng)的完整態(tài)傳輸以及發(fā)展高效量子網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

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