利用光子混合糾纏提高嘈雜條件下的傳送質(zhì)量

在遠(yuǎn)距傳物中，量子粒子或量子比特的狀態(tài)被從一個位置傳送到另一個位置，而不傳送粒子本身。這種傳輸需要量子資源，例如一對額外的量子比特之間的糾纏。在理想情況下，量子比特狀態(tài)的傳輸和遠(yuǎn)距傳物可以完美完成。然而，現(xiàn)實世界的系統(tǒng)很容易受到噪音和干擾的影響，這就降低和限制了遠(yuǎn)距傳輸?shù)馁|(zhì)量。盡管存在通常會干擾量子態(tài)傳輸?shù)脑肼?，研究人員還是成功地進行了近乎完美的量子遠(yuǎn)距傳輸。

芬蘭圖爾庫大學(xué)和中國科技大學(xué)(合肥)的研究人員現(xiàn)在提出了一種理論設(shè)想，并進行了相應(yīng)的實驗來克服這一問題。換句話說，盡管存在噪聲，新方法仍能實現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)程傳輸。

圖爾庫大學(xué)的 Jyrki Piilo 教授說："這項工作的基礎(chǔ)是，在運行遠(yuǎn)距傳輸協(xié)議之前，將糾纏分發(fā)到所使用的量子比特之外，即利用不同物理自由度之間的混合糾纏。"

傳統(tǒng)上，光子的偏振被用于遠(yuǎn)距離傳輸中的量子比特糾纏，而目前的方法則利用了光子的偏振和頻率之間的混合糾纏。

Piilo介紹說："這使得噪聲對協(xié)議的影響發(fā)生了重大變化，事實上，我們的發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)了噪聲的作用，使其從對遠(yuǎn)程傳輸有害變?yōu)橛欣?

在存在噪聲的傳統(tǒng)量子比特糾纏情況下，遠(yuǎn)距傳輸協(xié)議不起作用。在最初存在混合糾纏且沒有噪聲的情況下，遠(yuǎn)距傳輸也不起作用。奧利-西爾塔寧博士(Olli Siltanen)的博士論文介紹了當(dāng)前研究的理論部分。

盡管在使用光子進行遠(yuǎn)距傳物時存在某種噪聲，但這一發(fā)現(xiàn)幾乎實現(xiàn)了理想的遠(yuǎn)距傳物。

中國科技大學(xué)的李傳鋒教授說："雖然我們在實驗室里用光子做了許多量子物理不同方面的實驗，但看到這個極具挑戰(zhàn)性的遠(yuǎn)距傳物實驗成功完成，我們感到非常激動，也很有成就感。這是在最重要的量子協(xié)議背景下進行的一次重要的原理驗證實驗。"

遠(yuǎn)距傳輸在傳輸量子信息等方面有著重要的應(yīng)用，因此最重要的是要有辦法保護這種傳輸不受噪聲影響，并可用于其他量子應(yīng)用。目前的研究成果可被視為基礎(chǔ)研究，具有重要的基礎(chǔ)意義，并為未來將該方法擴展到一般類型的噪聲源和其他量子協(xié)議的工作開辟了引人入勝的途徑。

審核編輯 黃宇