据中科大官网消息，中科大郭光灿院士在高维量子通信研究方面取得重要进展。李传凤和刘的研究团队通过六光子系统实验实现了高效的高维量子隐形传态。该成果于2020年12月2日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。
IT之家了解到，量子隐形传态是建立远距离量子网络的关键技术之一。与二维系统相比，高维量子网络具有更高的信道容量、更高的安全性等诸多优势，吸引着人们的关注。如何实现高维量子的高效隐形传态，从而实现高效的高维量子网络，是量子信息领域的研究热点之一。
为了实现高维量子通信，李传峰、刘等人从2016年开始采用光子路径自由编码，解决了路径比特的相干性问题[PRL 117，220402 (2016)]，制备了高保真三维纠缠态[PRL 117，170403(2016)]；解决了路径维数扩展问题，实现了一个32维量子纠缠态[[PRL 125，080503(2020)]；解决了路径自由度的传输问题，实现了高维量子纠缠态在11km光纤中的高效传输[Optica7，738 (2020)]等。从2017年开始，课题组开始了高维量子隐形传态的实验研究。但理论研究表明，在线性光学系统中，要实现高维量子隐形传态，必须使用辅助粒子。
为了实现高维量子隐形传态，研究团队首次巧妙地提出了纠缠辅助的方式，利用log2d-1辅助纠缠光子对可以高效地实现D维量子隐形传态，从而解决了资源消耗的问题。然后在实验中利用主动反馈技术实现了路径间的相位锁定，45小时内干涉可见度保持在0.98的水平，从而利用六光子系统实现了三维量子隐形传态。研究组对三维量子隐形传态过程做了过程色谱，保真度达到0.596，超过经典极限值1/3，有7个标准差，证实了三维量子隐形传态过程的量子特性。高效高维量子隐形传态的实现为高效高维量子网络的构建奠定了坚实的基础。
论文的第一作者为中国科学院量子信息重点实验室特约副研究员胡和张。本研究得到了科技部、国家自然科学基金、中国科学院和安徽省的资助。
图1、纠缠辅助的高维量子隐形传态示意图
图2、三维量子隐形传态实验装置图
