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    发布时间:2018-07-25   点击:2202

       中科大郭光灿院士团队在万博manbext官网在线通信研究中取得新进展,该团队李传锋、柳必恒等人首次利用四维纠缠态实现万博manbext官网在线密集编码,达到2.09的信道容量,创造了当前国际最高水平。该成果充分展示了高维纠缠在万博manbext官网在线通信中的优势。该成果720日发表在国际权威期刊《科学·进展》上。


       万博manbext官网在线密集编码是最重要的万博manbext官网在线保密通信过程之一。以比特系统为例,初始时AB两人共享一对纠缠光子,A编码2比特的经典信息在其光子上,并把光子发送到B,然后B对其手里的两个光子进行贝尔基测量,解码得到A发送的2比特信息。在这个过程中A只发送了1个万博manbext官网在线比特到B,但是B却接收到了2比特的经典信息。衡量密集编码的重要指标是信道容量,即AB发送一个光子所能传输的比特数。在比特系统中,万博manbext官网在线密集编码的信道容量极限为2。万博manbext官网在线密集编码的思想自1992年提出,1996年在光学系统中首次实现[PRL 76, 4656 (1996)]。由于无法实现完全的贝尔基测量,当时利用一对纠缠光子仅传送1.13个经典比特,即信道容量为1.1310余年后的2008年,利用超纠缠,万博manbext官网在线密集编码的信道容量被提升到1.63 [Nat. Phys. 4, 282 (2008)]。又过了近10年后的2017年,基于完全的贝尔基测量,这一纪录才被更新为1.665 [PRL 118, 050501 (2017)]


          相比比特系统的二维纠缠,高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势,近年来被学术界广泛关注。李传锋、柳必恒等人在自主研制的高品质三维纠缠源[PRL 117, 170403 (2016)]基础上,进一步制备出偏振-路径复合的四维纠缠源,保真度达到98%。他们利用这种四维纠缠源成功识别了五类贝尔态,并实验演示了万博manbext官网在线密集编码,一举把万博manbext官网在线密集编码的信道容量纪录提升到了2.09,超过了两维纠缠能达到的理论极限2,充分展示了高维纠缠在万博manbext官网在线通信中的优势,为高维纠缠在万博manbext官网在线信息领域的深入研究打下重要基础。


          审稿人对该工作给予了高度评价:这绝对是在尝试实现密集编码的相当长的一系列万博manbext官网在线光学实验中最好的,我强烈推荐发表!”(This is definitely the best in a rather long line of quantum optics experiments trying to realize superdense coding, and I strongly support its publication.


      “据我所知,作者首次在d> 2维系统中展示了他们可以在实验中超越经典极限。他们使用d = 4来传输超过2比特/次。 这是一项了不起的技术成就,我向作者表示祝贺。”(Here, to the best of my knowledge, the authors show for the first time in a d>2-dimensional system that they can beat the classical limit in an experiment: They use d=4 to transmit more than 2bit per shot. This is a remarkable technical achievement, and I congratulate the authors to this result.)


       论文的共同第一作者为中科院万博manbext官网在线信息重点实验室博士生胡晓敏和郭钰。该项研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的支持。



    图一:高维密集编码实验装置图



    图二:利用高维密集编码传输五色的中国科学技术大学英文简写(USTC)的实验结果。





    文章来源:中科院万博manbext官网在线信息重点实验室、万博manbext官网在线信息和万博manbext官网在线科技前沿创新中心、科研部

    原文链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/7/eaat9304



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