我國科學家用新技術實現11公里量子糾纏“純化”
2021年01月13日17:39

原標題:我國科學家用新技術實現11公里量子糾纏“純化”

  新華社合肥1月13日電(記者徐海濤)量子糾纏是實現量子通信的重要基礎,但糾纏態非常脆弱容易消失。近期,中國科學技術大學郭光燦院士團隊的李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學合作,用一種巧妙的方法將兩對低糾纏度的糾纏態“純化”成一對高糾纏度的糾纏態,並首次實現了11公里的遠距離量子糾纏純化,純化效率比此前國際最好水平提升了6000多倍。

  量子糾纏態極其脆弱,環境噪聲、光纖抖動等都會導致糾纏純度降低,這是製約實現遠程量子通信的關鍵技術障礙。

  “在實際傳輸過程中,量子糾纏的純度降低幾乎不可避免。但是,只有糾纏度比較高的時候才有用,太低就失去了作用。”李傳鋒教授說,他們近期設計出一種新技術方案,嚐試將兩對低糾纏度的糾纏態“純化”成一對高糾纏度的糾纏態,從而解決純度降低的問題。

  用這種新方法,科研人員實驗製備出超糾纏光子對,一對光子就可攜帶兩對糾纏態,並在11公里長的多芯光纖里進行糾纏分發,然後實施純化操作。實驗結果表明,當分發後的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時,純化得到的糾纏態保真度可以提升到0.774;初始保真度均為約0.771時,純化後的保真度可提升到0.887。將糾纏純化用於量子密鑰分發,有效密鑰率可從0提升到0.371。

  由於新方案只需使用一對超糾纏光子對,該方案的純化效率達到每秒約輸出400對,比此前國際上的最好水平提升了6000多倍。

  該成果邁出了糾纏純化技術從實驗室到應用的關鍵一步,大幅提升了純化效率,為將來實現高效率的遠距離量子通信提供了技術保障。

  國際知名學術期刊《物理評論快報》日前發表了該成果。

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