中國(guo)科學(xue)技(ji)術大(da)學(xue)郭光燦院士(shi)團隊李傳鋒、柳必恒研(yan)究組(zu)與(yu)奧(ao)地(di)利Marcus Huber教授等人合作，在(zai)高噪聲環(huan)境(jing)下實(shi)現了高效的高維量子(zi)通信。該(gai)成果日前發(fa)表于《物(wu)理評論快報》。
量子(zi)(zi)通(tong)信是(shi)量子(zi)(zi)信息(xi)領域最重要的應(ying)用之一。理論研究表明，相比(bi)二維體系，高維量子(zi)(zi)體系在信道(dao)容量和抗噪聲(sheng)能(neng)力上(shang)均具有(you)明顯優(you)勢，然而要在實驗(yan)上(shang)實現高效的高維量子(zi)(zi)通(tong)信仍然存在挑(tiao)戰(zhan)。
近(jin)年來(lai)，李傳(chuan)鋒、柳必恒研(yan)究組致力于高維(wei)量子通(tong)信(xin)網絡(luo)的(de)實驗研(yan)究，在(zai)高維(wei)糾纏的(de)制備(bei)與傳(chuan)輸等方面取得一系列(lie)進展，包括(kuo)制備(bei)出世(shi)界上(shang)保(bao)真(zhen)度最高的(de)32維(wei)量子糾纏態，實現(xian)高維(wei)糾纏態在(zai)11公里(li)光纖中的(de)有(you)效(xiao)傳(chuan)輸等。
該研(yan)究(jiu)組首(shou)先制(zhi)(zhi)備出(chu)(chu)兩(liang)光(guang)子(zi)多維(wei)(wei)（實驗(yan)中制(zhi)(zhi)備了(le)2、4、8維(wei)(wei)）路(lu)徑糾(jiu)(jiu)(jiu)纏態(tai)，然后設計并實驗(yan)實現了(le)多維(wei)(wei)量(liang)子(zi)態(tai)的(de)(de)多出(chu)(chu)口測量(liang)裝置，可分別對兩(liang)個光(guang)子(zi)進行多達(da)8輸出(chu)(chu)的(de)(de)探測。為了(le)研(yan)究(jiu)環(huan)(huan)境噪(zao)(zao)聲對高(gao)維(wei)(wei)量(liang)子(zi)通信的(de)(de)影響，研(yan)究(jiu)組采(cai)用(yong)LED對單光(guang)子(zi)探測器照射的(de)(de)辦法引入環(huan)(huan)境雜(za)散(san)光(guang)，通過調節LED的(de)(de)亮度(du)即可方(fang)便(bian)地調節環(huan)(huan)境噪(zao)(zao)聲的(de)(de)大(da)(da)小(xiao)(xiao)。他們以(yi)基于(yu)糾(jiu)(jiu)(jiu)纏的(de)(de)量(liang)子(zi)密(mi)鑰分發為例(li)進行了(le)實驗(yan)研(yan)究(jiu)。研(yan)究(jiu)結果表明：在噪(zao)(zao)聲較小(xiao)(xiao)時，高(gao)維(wei)(wei)全空間編(bian)碼能取得(de)最佳的(de)(de)編(bian)碼效率。具(ju)體(ti)而言，利用(yong)4維(wei)(wei)糾(jiu)(jiu)(jiu)纏態(tai)和(he)8維(wei)(wei)糾(jiu)(jiu)(jiu)纏態(tai)，經過糾(jiu)(jiu)(jiu)錯和(he)保(bao)密(mi)放大(da)(da)等處理后，每對糾(jiu)(jiu)(jiu)纏光(guang)子(zi)依然可以(yi)得(de)到(dao)大(da)(da)于(yu)1比特的(de)(de)密(mi)鑰，超越了(le)兩(liang)維(wei)(wei)比特系統所(suo)能達(da)到(dao)的(de)(de)極限。而隨(sui)著(zhu)噪(zao)(zao)聲增大(da)(da)，采(cai)用(yong)高(gao)維(wei)(wei)部分子(zi)空間編(bian)碼的(de)(de)方(fang)式則更能對抗(kang)噪(zao)(zao)聲的(de)(de)影響，實驗(yan)結果顯著(zhu)優(you)于(yu)兩(liang)維(wei)(wei)比特系統，從(cong)而保(bao)證在高(gao)噪(zao)(zao)聲環(huan)(huan)境中依然能實現高(gao)效的(de)(de)高(gao)維(wei)(wei)量(liang)子(zi)通信。
該(gai)成(cheng)果實(shi)驗驗證了高(gao)維量子通(tong)信的(de)優勢(shi)，并(bing)為不同大小噪聲(sheng)環境(jing)下實(shi)現高(gao)效(xiao)的(de)高(gao)維量子通(tong)信過程提供了可行的(de)途徑。