量子通信研究的第一次实现,高保真32维量子纠缠态

2020-09-10 09:12   来源: 互联网

记者从中国科技大学了解到,大学院士郭广坎在高维量子通信研究方面取得了重要进展,该小组的李传峰、刘碧恒与科学院教授马库斯·胡伯合作,首次实现了高保真的32维量子纠缠态。


与0和1维系统相比,高维量子纠缠态在信道容量上有很大的优势,但要实现这一优势,就必须实现高保真、高维量子纠缠态的制备、传输和测量。以前,轨道角动量、时间或频率自由度被广泛用于编码,但无法解决高维量子纠缠态的制备、传输和测量问题。


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自2016年以来,李传峰、刘碧恒等研究人员采用了光子路径自由度编码,并取得了一系列突破,包括高保真三维纠缠态的制备、超双比特信道容量限制的量子密集编码演示等。目前,研究人员利用商用多芯光纤来解决高维纠缠的传输问题,实现了4维量子纠缠态在11 km光纤中的有效传输。


但是,随着维数的增加,量子系统的复杂性和操作与测量的难度大大增加。1位可以携带二维信息,5位可以携带2维信息的5次方,即32维信息。信道容量急剧增加,但信息的准确性更难保证,失真率也大大提高。李传峰说。


为了解决这些问题,李传峰和刘碧恒设计了一种紧凑的分束器来实现分束和合束,并利用空间光调制器精确地调节每束光的强度和相位。他们与奥林匹克科学院的马库斯·胡伯教授合作,从理论上提出了一种高效的高维纠缠态认证方法。对于32维纠缠态,完整的量子态色谱技术需要一百万次测量来确定量子态信息,而这种新方法只需要1000次测量。


通过实验,实现了32维量子纠缠态,保真度为0.933。在保持高保真度的情况下,创下了量子纠缠态维数的新世界纪录。国际知名学术期刊"快宝"于8月28日发表了这一结果。


李传峰说,这一研究进展大大提高了量子通信的信道容量,为高维系统量子物理基本问题的研究奠定了重要基础。




责任编辑:无量渡口
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