我国科学家用新技术实现11公里量子纠缠“纯化”

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  量子纠缠是实现量子通信的重要基础,但纠缠态非常脆弱容易消失。近期,中国科学技术大学郭光灿院士团队的李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学合作,用一种巧妙的方法将两对低纠缠度的纠缠态“纯化”成一对高纠缠度的纠缠态,并首次实现了11公里的远距离量子纠缠纯化,纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍。

  量子纠缠态极其脆弱,环境噪声、光纤抖动等都会导致纠缠纯度降低,这是制约实现远程量子通信的关键技术障碍。

  “在实际传输过程中,量子纠缠的纯度降低几乎不可避免。但是,只有纠缠度比较高的时候才有用,太低就失去了作用。”李传锋教授说,他们近期设计出一种新技术方案,尝试将两对低纠缠度的纠缠态“纯化”成一对高纠缠度的纠缠态,从而解决纯度降低的问题。

  用这种新方法,科研人员实验制备出超纠缠光子对,一对光子就可携带两对纠缠态,并在11公里长的多芯光纤里进行纠缠分发,然后实施纯化操作。实验结果表明,当分发后的偏振纠缠和路径纠缠初始保真度均为约0.665时,纯化得到的纠缠态保真度可以提升到0.774;初始保真度均为约0.771时,纯化后的保真度可提升到0.887。将纠缠纯化用于量子密钥分发,有效密钥率可从0提升到0.371。

  由于新方案只需使用一对超纠缠光子对,该方案的纯化效率达到每秒约输出400对,比此前国际上的最好水平提升了6000多倍。

  该成果迈出了纠缠纯化技术从实验室到应用的关键一步,大幅提升了纯化效率,为将来实现高效率的远距离量子通信提供了技术保障。

  国际知名学术期刊《物理评论快报》日前发表了该成果。

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