我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)11公里遠(yuǎn)距離量子糾纏純化
編輯: 張旭 | 時(shí)間: 2021-01-13 10:39:31 | 來源: 光明日報(bào) |
光明日報(bào)合肥1月12日電(記者常河 通訊員桂運(yùn)安)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(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)11公里遠(yuǎn)距離量子糾纏純化,純化效率比此前國際最好水平提升6000多倍。該成果日前發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。
量子中繼采用分段糾纏分發(fā)與糾纏交換相結(jié)合來拓展通信距離,其核心是量子存儲技術(shù),通過對光子比特進(jìn)行緩存,可大幅提升糾纏連接效率。量子中繼是在噪聲信道中實(shí)現(xiàn)長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,利用量子糾纏純化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)議都是利用兩對低糾纏度的光子對實(shí)現(xiàn),而中國科大研究團(tuán)隊(duì)與合作者提出僅需一對超糾纏光子對的糾纏純化方案。
中國科大聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上制備出偏振和路徑分別處于糾纏態(tài)的超糾纏光子對,并在11公里長的多芯光纖里進(jìn)行糾纏分發(fā),然后進(jìn)行量子糾纏純化操作。實(shí)驗(yàn)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),純化后保真度可以提升到0.774;初始保真度均為約0.771時(shí),純化后保真度則可提升到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)過純化后有效密鑰率提升到0.371。
此外,由于只需要使用一對超糾纏光子對,該方案的純化效率(每秒大約輸出400對)比此前國際最好水平提升6000多倍。
該成果邁出糾纏純化從實(shí)驗(yàn)室到遠(yuǎn)距離的關(guān)鍵一步,大幅提升了純化效率,為實(shí)現(xiàn)高效率量子中繼提供了有力的技術(shù)保障。
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