我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)11公里遠(yuǎn)距離量子糾纏純化

光明日?qǐng)?bào)合肥1月12日電（記者常河 通訊員桂運(yùn)安）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學(xué)盛宇波等人合作，利用高品質(zhì)的超糾纏源，首次實(shí)現(xiàn)11公里遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國(guó)際最好水平提升6000多倍。該成果日前發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

量子中繼采用分段糾纏分發(fā)與糾纏交換相結(jié)合來(lái)拓展通信距離，其核心是量子存儲(chǔ)技術(shù)，通過(guò)對(duì)光子比特進(jìn)行緩存，可大幅提升糾纏連接效率。量子中繼是在噪聲信道中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離量子通信的重要途徑，而量子糾纏純化是量子中繼中的關(guān)鍵操作，利用量子糾纏純化操作可以從兩份糾纏度較低的糾纏態(tài)中提煉出一份糾纏度較高的糾纏態(tài)。此前的糾纏純化協(xié)議都是利用兩對(duì)低糾纏度的光子對(duì)實(shí)現(xiàn)，而中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)與合作者提出僅需一對(duì)超糾纏光子對(duì)的糾纏純化方案。

中國(guó)科大聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上制備出偏振和路徑分別處于糾纏態(tài)的超糾纏光子對(duì)，并在11公里長(zhǎng)的多芯光纖里進(jìn)行糾纏分發(fā)，然后進(jìn)行量子糾纏純化操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，分發(fā)后的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時(shí)，純化后保真度可以提升到0.774；初始保真度均為約0.771時(shí)，純化后保真度則可提升到0.887。他們還首次將糾纏純化用于量子密鑰分發(fā)，純化前糾纏態(tài)的糾纏度太低，產(chǎn)生的有效密鑰率為0，而經(jīng)過(guò)純化后有效密鑰率提升到0.371。

此外，由于只需要使用一對(duì)超糾纏光子對(duì)，該方案的純化效率（每秒大約輸出400對(duì)）比此前國(guó)際最好水平提升6000多倍。

該成果邁出糾纏純化從實(shí)驗(yàn)室到遠(yuǎn)距離的關(guān)鍵一步，大幅提升了純化效率，為實(shí)現(xiàn)高效率量子中繼提供了有力的技術(shù)保障。