通信|量子纠缠实现高效率“提纯”
量子通信能够感知窃听 ， 可为国家信息安全提供保障 。 但是量子通信在传输时 ， 会受噪声影响而退化 ， 这不仅严重影响通信质量 ， 同时还威胁通信安全 。 为了保证量子通信准确无误 ， 能不能对被噪声“污染”的量子纠缠进行高效率“提纯”呢？
近日 ， 中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋教授、柳必恒教授研究组与南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院盛宇波教授等人合作 ， 首次在实验室实现了确定的纠缠纯化 ， 纯化效率理论上可提高10亿倍 ， 为未来高效率量子中继提供有力技术支撑 。 该成果已在线发表于国内的自然科学综合性国际期刊《科学通报》（英文版）上 。
据了解 ， 由于其重要性 ， 量子纠缠纯化理论吸引了一大批国际顶尖科学家的关注 。 然而 ， 此前国外的相关实验 ， 为了提高保真度 ， 需要重复纯化大量低保真度的量子纠缠 ， 且这种纯化存在失败的概率 ， 失败后就需重新进行 。 纯化效率低 ， 速度慢 。 对此 ， 美国科学院院士米哈伊尔·卢金也曾指出 ， 受限于纠缠纯化 ， 对长距离量子通信来说 ， 第一代量子中继速度变得非常慢 。
但相关研究也发现 ， 不同种类的量子纠缠 ， 抵抗噪声“污染”的能力也不同 。 例如 ， 极化纠缠比较易操控 ， 可用于编码 ， 但是在传输过程中易受噪声影响 。 而空间、时间、频率纠缠则较为稳定 ， 不易受噪声干扰 。 由此 ， 盛宇波和北京师范大学邓富国教授早前提出了确定的纠缠纯化理论 ， 即首先构造空间—极化两个自由度的超纠缠 ， 用不易受噪声干扰的空间纠缠 ， 来“提纯”极化纠缠 。 纯化后 ， 空间纠缠消失 ， 但确定能获得高质量的极化纠缠 。 这得到了最早开展量子纠缠纯化实验的美国科学院外籍院士安东·塞林格的认可 ， 认为有可能实现 。
根据这一理论 ， 此次中国科学技术大学和南京邮电大学的两个团队合作 ， 首先在实验室制备了空间—极化超纠缠 。 随后实验人员在极化纠缠上加上噪声 ， 再经纯化操作后 ， 极化纠缠的保真度从0.268一下就提高到了0.989 。
【通信|量子纠缠实现高效率“提纯”】据盛宇波介绍 ， 采用此次新的方法 ， 仅需要一对超纠缠 ， 即可实现纯化 。 从理论上估算 ， 纯化效率可提高10亿倍 ， 这对于提高量子中继速度十分有利 ， 能够为未来的长距离量子通信提供技术支撑 。
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