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,并首次實現了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,這是制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,嘗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,科研人員實驗制備出超糾纏光子對,一對光子就可攜帶兩對糾纏態,并在11公里長的多芯光纖里進行糾纏分發,然后實施純化操作。實驗結果表明,當分發后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,純化后的保真度可提升到0.887。將糾纏純化用于量子密鑰分發,有效密鑰率可從0提升到0.371。
由于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。
原文標題:我國科學家用新技術實現11公里量子糾纏“純化”
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