我國首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼

記者從中國科大獲悉，該校郭光燦院士團隊的李傳鋒、柳必恒等人，首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼，達到2.09的信道容量，創造了當前國際最高水平。該成果充分展示了高維糾纏在量子通信中的優勢。該成果日前發表在國際權威期刊《科學·進展》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A和B兩人共享一對糾纏光子，A編碼2比特的經典信息在其光子上，并把光子發送到B，然后B對其手里的兩個光子進行貝爾基測量，解碼得到A發送的2比特信息。在這個過程中A只發送了1個量子比特到B，但是B卻接收到了2比特的經典信息。衡量密集編碼的重要指標是信道容量，即A向B發送一個光子所能傳輸的比特數。在比特系統中，量子密集編碼的信道容量極限為2。

相比比特系統的二維糾纏，高維糾纏具有信道容量高、抵抗竊聽能力強等優勢，近年來被學術界廣泛關注。量子密集編碼的思想自1992年提出，1996年在光學系統中首次實現。由于無法實現完全的貝爾基測量，當時利用一對糾纏光子僅傳送1.13個經典比特，直到2017年，基于完全的貝爾基測量，這一紀錄才被更新為1.665。

李傳鋒、柳必恒等人在自主研制的高品質三維糾纏源基礎上，進一步制備出偏振—路徑復合的四維糾纏源，保真度達到98%。他們利用這種四維糾纏源成功識別了5類貝爾態，并實驗演示了量子密集編碼，一舉把量子密集編碼的信道容量紀錄提升到了2.09，超過了兩維糾纏能達到的理論極限2，充分展示了高維糾纏在量子通信中的優勢，為高維糾纏在量子信息領域的深入研究打下重要基礎。

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