中国教育在线
中国教育在线
中国科大在高噪声环境下实现高效的高维量子通信
2021-09-15 17:58
中国科学技术大学
作者:

  中国科学技术大学郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展,该团队李传锋、柳必恒研究组与奥地利Marcus Huber教授等人合作,在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信。该成果9月10日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

  量子通信是量子信息领域最重要的应用之一。由于量子信息极易受到环境的影响,因此如何在噪声环境下进行高效量子通信是量子信息领域的一个重要挑战。相比二维体系,理论研究表明高维量子体系在信道容量和抗噪声能力上均具有明显的优势,然而要在实验上实现高效的高维量子通信仍然存在挑战。

  近年来,李传锋、柳必恒研究组致力于高维量子通信网络的实验研究,在高维纠缠的制备与传输等方面取得一系列进展,包括制备出了世界上保真度最高的32维量子纠缠态[PRL125, 090503 (2020)],实现了高维纠缠态在11公里光纤中的有效传输[Optica 7, 738 (2020)]等。接下来为了实现高效的高维量子通信,研究组必须要实现相对应的高效的量子测量。

  在本实验中,研究组首先利用多点泵浦的自发参量下转换过程制备出两光子多维(本实验中制备了2、4、8维)路径纠缠态,然后设计并实验实现了多维量子态的多出口测量装置,可分别对两个光子进行多达8输出的探测。为了研究环境噪声对高维量子通信的影响,研究组采用LED对单光子探测器照射的办法引入环境杂散光,通过调节LED的亮度即可方便的调节环境噪声的大小。研究组以基于纠缠的量子密钥分发为例进行了实验研究。研究结果表明:在噪声较小时,高维全空间编码能取得最佳的编码效率。具体而言,利用4维纠缠态和8维纠缠态,经过纠错和保密放大等后处理后,每对纠缠光子依然可以得到大于1比特的密钥,超越了两维比特系统所能达到的极限。而随着噪声增大,采用高维部分子空间编码的方式则更能对抗噪声的影响,实验结果显著优于两维比特系统,从而保证在高噪声环境中依然能实现高效的高维量子通信。

  该成果实验验证了高维量子通信的优势,并为不同大小噪声环境下实现高效的高维量子通信过程提供了可行的途径。

  文章第一作者为中科院量子信息重点实验室特任副研究员胡晓敏博士。本研究得到科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持,柳必恒研究员是中国科学技术大学仲英青年学者。

图1:实验装置图

图2:实验结果图。横坐标为环境噪声的强度。纵坐标为每对光子能产生的密钥比特数。其中d为纠缠态的维度数,k为子空间的维度数。最下边的一条线对应两维比特系统。

免责声明:

① 凡本站注明“稿件来源:中国教育在线”的所有文字、图片和音视频稿件,版权均属本网所有,任何媒体、网站或个人未经本网协议授权不得转载、链接、转贴或以其他方式复制发表。已经本站协议授权的媒体、网站,在下载使用时必须注明“稿件来源:中国教育在线”,违者本站将依法追究责任。

② 本站注明稿件来源为其他媒体的文/图等稿件均为转载稿,本站转载出于非商业性的教育和科研之目的,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。如转载稿涉及版权等问题,请作者在两周内速来电或来函联系。

相关新闻
中国科学技术大学 2021-09-15 17:46
中国科学技术大学 2021-08-25 16:21