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

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、柳必恆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。

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

相比0和1的2維系統,高維量子糾纏態在信道容量上有着巨大優勢。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。此前人們廣泛採用軌道角動量、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、柳必恆等人另闢蹊徑,2016年以來採用光子的路徑自由度編碼並取得一系列前沿突破。比如近期採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公里光纖中的有效傳輸。

6A9CF5672559315BFCD9E32ED15_B1BC0B66_86E6A.png

但隨着維度數的增加,量子系統的復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2的5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。

為解決這些問題,近期李傳鋒、柳必恆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,並採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。對於一個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,並測定其保真度為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,同時為研究高維系統下的量子物理基本問題打下重要基礎。

來源:cnBeta