中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組與奧地利等國科學家合作，在高噪聲環境下實現了高效的高維量子通訊。該成果日前發表於《物理評論快報》。
量子通訊是量子資訊領域最重要的應用之一。理論研究表明，相比二維體系，高維量子體系在通道容量和抗噪聲能力上均具有明顯優勢，然而要在實驗上實現高效的高維量子通訊仍然存在挑戰。
近年來，李傳鋒、柳必恆研究組致力於高維量子通訊網路的實驗研究，在高維糾纏的製備與傳輸等方面取得一系列進展，包括製備出世界上保真度最高的32維量子糾纏態，實現高維糾纏態在11公里光纖中的有效傳輸等。
該研究組首先製備出兩光子多維（實驗中製備了2、4、8維）路徑糾纏態，然後透過設計和實驗構建了多維量子態的多出口測量裝置，可分別對兩個光子進行多達8輸出的探測。為研究環境噪聲對高維量子通訊的影響，研究組採用發光二極體（LED）對單光子探測器照射的辦法引入環境雜散光，透過調節LED的亮度即可方便地調節環境噪聲的大小。他們以基於糾纏的量子金鑰分發為例進行了實驗研究。
研究結果表明，在噪聲較小時，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態和8維糾纏態，經過糾錯和保密放大等後處理後，每對糾纏光子依然可以得到大於1位元的金鑰，超越了兩維位元系統所能達到的極限。而隨著噪聲增大，採用高維部分子空間編碼的方式則更能對抗噪聲的影響，實驗結果顯著優於兩維位元系統，從而保證在高噪聲環境中依然能實現高效的高維量子通訊。
該成果實驗驗證了高維量子通訊的優勢，併為不同大小噪聲環境下實現高效的高維量子通訊過程提供了可行途徑。
相關論文資訊：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.110505
來源：中國科學報
