重大進(jìn)展！中科大實(shí)現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)

每經(jīng)編輯 畢陸名

據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)發(fā)布，中科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子通信研究中取得重要進(jìn)展，該團(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)。該成果2020年12月2日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

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)，受到人們的廣泛關(guān)注。如何實(shí)現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前量子信息領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

為了實(shí)現(xiàn)高維量子通信，李傳鋒、柳必恒等人從2016年開(kāi)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(wèn)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(kuò)展問(wèn)題，實(shí)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(wèn)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[Optica 7,738(2020)]等。研究組從2017年起開(kāi)始了高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)研究。然而理論研究表明，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)。

為了實(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維的量子隱形傳態(tài)，從而解決了資源消耗問(wèn)題。然后實(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(jiàn)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)。研究組對(duì)三維量子隱形傳態(tài)過(guò)程做了過(guò)程層析，保真度達(dá)到0.596，以7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)了經(jīng)典極限值1/3，證實(shí)了三維量子隱形傳態(tài)過(guò)程的量子特性。高效的高維量子隱形傳態(tài)的實(shí)現(xiàn)為構(gòu)建高效的高維量子網(wǎng)絡(luò)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

文章共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特任副研究員胡曉敏和張超。本研究得到科技部、國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)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(shí)驗(yàn)裝置圖

封面圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)