中科大创密集编码量子通信信道容量新纪录

2018-07-31 中国科学报

  中国科学技术大学李传锋、柳必恒等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。相关成果近日发表于《科学—进展》。

  量子密集编码是最重要的量子保密通信过程之一。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。量子密集编码的思想于1992年提出,1996年在光学系统中被首次实现。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能传送1.13个经典比特,即信道容量为1.13。2008年,利用超纠缠,量子密集编码的信道容量被提升到1.63 。2017年,基于完全的贝尔基测量,这一纪录才被更新为1.665。

  与比特系统的二维纠缠相比,高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势,近年来广受关注。研究人员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,把量子密集编码的信道容量纪录提升到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了重要基础。

  文章相关信息:Science Advances 20 Jul 2018:Vol. 4, no. 7, eaat9304

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