科學(xué)家首次利用四維糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)量子密集編碼

　　記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、柳必恒等人，首次利用四維糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)量子密集編碼，達(dá)到2.09的信道容量，創(chuàng)造了當(dāng)前國際最高水平。該成果充分展示了高維糾纏在量子通信中的優(yōu)勢(shì)。該成果7月20日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)·進(jìn)展》上。

　　量子密集編碼是最重要的量子保密通信過程之一。例如，初始時(shí)A和B兩人共享一對(duì)糾纏光子，A編碼2比特的經(jīng)典信息在其光子上，并把光子發(fā)送到B，然后B對(duì)其手里的兩個(gè)光子進(jìn)行貝爾基測(cè)量，解碼得到A發(fā)送的2比特信息。在這個(gè)過程中A只發(fā)送了1個(gè)量子比特到B，但是B卻接收到了2比特的經(jīng)典信息。衡量密集編碼的重要指標(biāo)是信道容量，即A向B發(fā)送一個(gè)光子所能傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。在比特系統(tǒng)中，量子密集編碼的信道容量極限為2。

　　相比比特系統(tǒng)的二維糾纏，高維糾纏具有信道容量高、抵抗竊聽能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，近年來被學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。量子密集編碼的思想自1992年提出，1996年在光學(xué)系統(tǒng)中首次實(shí)現(xiàn)。由于無法實(shí)現(xiàn)完全的貝爾基測(cè)量，當(dāng)時(shí)利用一對(duì)糾纏光子僅傳送1.13個(gè)經(jīng)典比特，直到2017年，基于完全的貝爾基測(cè)量，這一紀(jì)錄才被更新為1.665。

　　李傳鋒、柳必恒等人在自主研制的高品質(zhì)三維糾纏源基礎(chǔ)上，進(jìn)一步制備出偏振-路徑復(fù)合的四維糾纏源，保真度達(dá)到98%。他們利用這種四維糾纏源成功識(shí)別了五類貝爾態(tài)，并實(shí)驗(yàn)演示了量子密集編碼，一舉把量子密集編碼的信道容量紀(jì)錄提升到了2.09，超過了兩維糾纏能達(dá)到的理論極限2，充分展示了高維糾纏在量子通信中的優(yōu)勢(shì)，為高維糾纏在量子信息領(lǐng)域的深入研究打下重要基礎(chǔ)。