采访人员从中国科学技术大学获悉 ， 该校郭光灿院士团队在高维量子通信研究中取得重要进展 ， 团队中的李传锋、柳必恒研究组与奧地利科学院马库斯·胡贝尔教授研究组合作 ， 首次实现了高保真度的32维量子纠缠态 。
相比0和1的2维系统 ， 高维量子纠缠态在信道容量上有着巨大优势 。 然而要实现这一优势 ， 必须要实现高保真度高维量子纠缠态的制备、传输与测量 。 此前人们广泛采用轨道角动量、时间或频率自由度进行编码 ， 但还没能很好地解决高维量子纠缠态的制备、传输与测量问题 。
李传锋、柳必恒等科研人员另辟蹊径 ， 自2016年以来开始采用光子的路径自由度编码并取得一系列突破 ， 包括制备出高保真的三维纠缠态、演示出超越二位信道容量极限的量子密集编码等 。 现在 ， 科研人员又采用商用多芯光纤解决高维纠缠的传输问题 ， 实现了4维量子纠缠态在11公里光纤中的有效传输 。
然而 ， 随着维度数的增加 ， 量子系统的复杂度及操控与测量难度都急剧提高 。 “1个比特可以携带2维信息 ， 5个比特就可以携带2的5次方——也就是32维的信息 。 信道的容量暴增 ， 但信息准确率却更难保证了 ， 失真率大大增加 。 ”李传锋说 。
为解决这些问题 ， 李传锋、柳必恒研究组在实验上设计出紧凑的光学分束器来实现分束与合束 ， 并采用空间光调制器精确地对每一束光进行强度和相位调制 。 他们与奧地利科学院马库斯·胡贝尔教授研究组合作 ， 理论上给出了一种高效的高维纠缠态认证方法 。 对于一个32维的纠缠态 ， 完整的量子态层析技术需要进行100万次测量才能确定量子态的信息 ， 而这种新方法只需要1000次测量即可完成 。
通过实验 ， 研究组实现了32维的量子纠缠态 ， 并测定其保真度为0.933 。 在保持高保真度的情况下 ， 创造了量子纠缠态的维度数新世界纪录 。 国际知名学术期刊《物理评论快报》于8月28日发表了该成果 。
【量子通信研究首次实现 高保真度32维量子纠缠态】李传锋介绍 ， 这个研究进展显著提高了量子通信的信道容量 ， 同时为研究高维系统下的量子物理基本问题打下重要基础 。
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