科研人员在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信

13日，记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与奥地利Marcus Huber教授等人合作，在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信。该成果日前发表于《物理评论快报》。

量子通信是量子信息领域最重要的应用之一。理论研究表明，相比二维体系，高维量子体系在信道容量和抗噪声能力上均具有明显优势，然而要在实验上实现高效的高维量子通信仍然存在挑战。

近年来，李传锋、柳必恒研究组致力于高维量子通信网络的实验研究，在高维纠缠的制备与传输等方面取得一系列进展，包括制备出世界上保真度最高的32维量子纠缠态，实现高维纠缠态在11公里光纤中的有效传输等。该研究组首先制备出两光子多维(实验中制备了2、4、8维)路径纠缠态，然后设计并实验实现了多维量子态的多出口测量装置，可分别对两个光子进行多达8输出的探测。为了研究环境噪声对高维量子通信的影响，研究组采用LED对单光子探测器照射的办法引入环境杂散光，通过调节LED的亮度即可方便地调节环境噪声的大小。他们以基于纠缠的量子密钥分发为例进行了实验研究。研究结果表明：在噪声较小时，高维全空间编码能取得最佳的编码效率。具体而言，利用4维纠缠态和8维纠缠态，经过纠错和保密放大等后处理后，每对纠缠光子依然可以得到大于1比特的密钥，超越了两维比特系统所能达到的极限。而随着噪声增大，采用高维部分子空间编码的方式则更能对抗噪声的影响，实验结果显著优于两维比特系统，从而保证在高噪声环境中依然能实现高效的高维量子通信。