我科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子糾纏純化

最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

科技日?qǐng)?bào)合肥1月12日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者12日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)研究中取得重要進(jìn)展：該團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學(xué)盛宇波等人合作，利用高品質(zhì)的超糾纏源，首次實(shí)現(xiàn)了11公里的遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國(guó)際最好水平提升了6000多倍。研究成果已于近日發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子中繼是在噪聲信道中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離量子通信的重要途徑，而量子糾纏純化是量子中繼中的關(guān)鍵操作，可以從兩份糾纏度較低的糾纏態(tài)中提煉出一份糾纏度較高的糾纏態(tài)。此前的糾纏純化協(xié)議都是利用兩對(duì)低糾纏度的光子對(duì)實(shí)現(xiàn)，而研究組與合作者提出了僅需一對(duì)超糾纏光子對(duì)的糾纏純化方案。

研究團(tuán)隊(duì)制備出偏振和路徑分別處于糾纏態(tài)的超糾纏光子對(duì)，并在11公里長(zhǎng)的多芯光纖里進(jìn)行糾纏分發(fā)，然后進(jìn)行量子糾纏純化操作。結(jié)果表明，分發(fā)后的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時(shí)，純化得到的糾纏態(tài)保真度可以提升到0.774；而初始保真度均為約0.771時(shí)，純化后的保真度則可提升到0.887。他們還首次將糾纏純化用于量子密鑰分發(fā)，純化前糾纏態(tài)的糾纏度太低，產(chǎn)生的有效密鑰率為0，而經(jīng)過(guò)純化后，有效密鑰率則提升到0.371。此外，由于只需要使用一對(duì)超糾纏光子對(duì)，該方案的純化效率（每秒大約輸出400對(duì)）比此前國(guó)際最好水平提升了6000多倍。

這一成果邁出了糾纏純化從實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)到遠(yuǎn)距離的關(guān)鍵一步，同時(shí)大幅提升了糾纏純化效率，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的量子中繼提供了有力的技術(shù)保障。