重大進展！中科大實現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)

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據中國科學技術大學官網發(fā)布，中科大郭光燦院士團隊在高維量子通信研究中取得重要進展，該團隊李傳鋒、柳必恒研究組利用六光子系統(tǒng)實驗實現(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。

量子隱形傳態(tài)是建立遠距離量子網絡的關鍵技術之一。相比二維系統(tǒng)，高維量子網絡具有更高的信道容量、更高的安全性等優(yōu)點，受到人們的廣泛關注。如何實現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)，從而實現(xiàn)高效的高維量子網絡是當前量子信息領域的研究熱點之一。

為了實現(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)]；解決路徑維度擴展問題，實現(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)的實驗研究。然而理論研究表明，在線性光學體系中，必須采用輔助粒子才能實現(xiàn)高維量子隱形傳態(tài)。

為了實現(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。然后實驗上利用主動反饋技術實現(xiàn)路徑間的相位鎖定，干涉可見度在45小時內保持在0.98的水平，從而利用六光子系統(tǒng)實現(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，保真度達到0.596，以7個標準差超過了經典極限值1/3，證實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)的實現(xiàn)為構建高效的高維量子網絡打下堅實的基礎。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點實驗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)的實驗裝置圖

封面圖片來源：攝圖網