13日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利Marcus Huber教授等人合作，在高噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了高效的高維量子通信。該成果日前發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

量子通信是量子信息領(lǐng)域最重要的應(yīng)用之一。理論研究表明，相比二維體系，高維量子體系在信道容量和抗噪聲能力上均具有明顯優(yōu)勢(shì)，然而要在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信仍然存在挑戰(zhàn)。

(中國(guó)科大供圖)

近年來，李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)研究，在高維糾纏的制備與傳輸?shù)确矫嫒〉靡幌盗羞M(jìn)展，包括制備出世界上保真度最高的32維量子糾纏態(tài)，實(shí)現(xiàn)高維糾纏態(tài)在11公里光纖中的有效傳輸?shù)?。該研究組首先制備出兩光子多維(實(shí)驗(yàn)中制備了2、4、8維)路徑糾纏態(tài)，然后設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了多維量子態(tài)的多出口測(cè)量裝置，可分別對(duì)兩個(gè)光子進(jìn)行多達(dá)8輸出的探測(cè)。為了研究環(huán)境噪聲對(duì)高維量子通信的影響，研究組采用LED對(duì)單光子探測(cè)器照射的辦法引入環(huán)境雜散光，通過調(diào)節(jié)LED的亮度即可方便地調(diào)節(jié)環(huán)境噪聲的大小。他們以基于糾纏的量子密鑰分發(fā)為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：在噪聲較小時(shí)，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態(tài)和8維糾纏態(tài)，經(jīng)過糾錯(cuò)和保密放大等后處理后，每對(duì)糾纏光子依然可以得到大于1比特的密鑰，超越了兩維比特系統(tǒng)所能達(dá)到的極限。而隨著噪聲增大，采用高維部分子空間編碼的方式則更能對(duì)抗噪聲的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯著優(yōu)于兩維比特系統(tǒng)，從而保證在高噪聲環(huán)境中依然能實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信。

該成果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了高維量子通信的優(yōu)勢(shì)，并為不同大小噪聲環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效的高維量子通信過程提供了可行的途徑。(記者 吳長(zhǎng)鋒)