我科學(xué)家實現(xiàn)11公里遠距離量子糾纏純化

光明日報合肥1月12日電（記者常河 通訊員桂運安）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊李傳鋒、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，首次實現(xiàn)11公里遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升6000多倍。該成果日前發(fā)表于《物理評論快報》。

量子中繼采用分段糾纏分發(fā)與糾纏交換相結(jié)合來拓展通信距離，其核心是量子存儲技術(shù)，通過對光子比特進行緩存，可大幅提升糾纏連接效率。量子中繼是在噪聲信道中實現(xiàn)長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)議都是利用兩對低糾纏度的光子對實現(xiàn)，而中國科大研究團隊與合作者提出僅需一對超糾纏光子對的糾纏純化方案。

中國科大聯(lián)合團隊在實驗上制備出偏振和路徑分別處于糾纏態(tài)的超糾纏光子對，并在11公里長的多芯光纖里進行糾纏分發(fā)，然后進行量子糾纏純化操作。實驗結(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，純化后保真度可以提升到0.774；初始保真度均為約0.771時，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)過純化后有效密鑰率提升到0.371。

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

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