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我国首次利用四维纠缠态实现量子密集编码

栏目:企业新闻 · 发布日期:2018年8月2日 · 作者:中成泵业

中国科大首次利用四维纠缠态实现量子密集编码,达到2.09的信道容量,创造了当前国际的最高水平。充分展示了量子通信中高维纠缠的优势。该成果日前发表在国际权威期刊《科学·进展》上。

“量子密集编码”是最重要的量子保密通信过程之一。举个例子,甲和乙两人共享一对纠缠光子,甲编码2比特的经典信息在其光子上,并把光子发送到乙,然后乙对其手里的两个光子进行贝尔基测量,解码得到甲发送的2比特信息。在这个过程中甲只发送了1个量子比特到乙,但是乙却接收到了2比特的经典信息。信道容量是衡量密集编码的重要指标,在比特系统中,量子密集编码的信道容量极限为2。即甲向乙发送一个光子所能传输的比特数。

量子密集编码的想法在1992年被提出,1996年首次实现在光学系统中。由于当时的科技水平和技术的限制,无法实现完全的贝尔基测量,当时利用一对纠缠光子仅能够传送1.13个经典比特。直到2017年,基于完全的贝尔基测量,这一纪录才被更新为一对纠缠光子能够传送1.665个经典比特。中国科大在此基础上,自主研制高品质三维纠缠源,之后更是进一步制备出偏振—路径复合的四维纠缠源,保真度达到98%。他们利用这种四维纠缠源,成功的识别了5类贝尔态,并且实验演示了量子密集编码,把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09经典比特,超过了两维纠缠能达到的理论极限2比特,充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势,为高维纠缠在量子信息领域的深入研究打下重要基础。

相比比特系统的二维纠缠,高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势,近年来被学术界广泛关注。

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