首次利用四维纠缠态实现量子密集编码

2018-07-25 科技日报

  记者从中国科大获悉,该校郭光灿院士团队的李传锋、柳必恒等人,首次利用四维纠缠态实现量子密集编码,达到2.09的信道容量,创造了当前国际最高水平。该成果充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势。该成果日前发表在国际权威期刊《科学·进展》上。

  量子密集编码是最重要的量子保密通信过程之一。例如,初始时A和B两人共享一对纠缠光子,A编码2比特的经典信息在其光子上,并把光子发送到B,然后B对其手里的两个光子进行贝尔基测量,解码得到A发送的2比特信息。在这个过程中A只发送了1个量子比特到B,但是B却接收到了2比特的经典信息。衡量密集编码的重要指标是信道容量,即A向B发送一个光子所能传输的比特数。在比特系统中,量子密集编码的信道容量极限为2。

  相比比特系统的二维纠缠,高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势,近年来被学术界广泛关注。量子密集编码的思想自1992年提出,1996年在光学系统中首次实现。由于无法实现完全的贝尔基测量,当时利用一对纠缠光子仅传送1.13个经典比特,直到2017年,基于完全的贝尔基测量,这一纪录才被更新为1.665。

  李传锋、柳必恒等人在自主研制的高品质三维纠缠源基础上,进一步制备出偏振—路径复合的四维纠缠源,保真度达到98%。他们利用这种四维纠缠源成功识别了5类贝尔态,并实验演示了量子密集编码,一举把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09,超过了两维纠缠能达到的理论极限2,充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势,为高维纠缠在量子信息领域的深入研究打下重要基础。

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