量子信息科学：首次实现11公里的远距离量子纠缠纯化

文/陈根

以量子信息科学为代表的量子科技不断进步,形成了新的科学前沿。其中,量子网络被认为具有广阔的应用前景,因而成为量子信息领域最重要的长远目标之一。

量子网络的发展可以粗略地分为量子密钥网络、量子存储网络以及量子计算网络三个阶段。目前的科技仍处于最初级的量子密钥网络阶段,即只能实现网络中两个节点间较短距离的点对点密钥分发。

而量子存储网络则是每个节点中都有量子存储器作为可利用的资源,比如,用来解决远距离量子通信的量子中继方案。量子中继是在噪声信道中实现长距离量子通信的重要途径,而量子纠缠纯化是量子中继中的关键操作,可以从两份纠缠度较低的纠缠态中提炼出一份纠缠度较高的纠缠态。

近日,来自中国科大的消息显示,中国科大研究组与南京邮电大学的研究人员联合,利用高品质的超纠缠源,首次实现了11公里的远距离量子纠缠纯化,纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍,在量子通信和量子网络的研究中取得了重要进展。

具体来说,研究团队制备出偏振和路径分别处于纠缠态的超纠缠光子对,并在11公里长的多芯光纤里进行纠缠分发,然后进行量子纠缠纯化操作。结果表明,分发后的偏振纠缠和路径纠缠初始保真度均为约0．665时,纯化得到的纠缠态保真度可以提升到0．774。

而初始保真度均为约0．771时,纯化后的保真度则可提升到0．887。他们还首次将纠缠纯化用于量子密钥分发,纯化前纠缠态的纠缠度太低,产生的有效密钥率为0,而经过纯化后,有效密钥率则提升到0．371。

其研究成果已于近日发表在期刊《物理评论快报》上。这也是量子信息科学的发展道路上重要一步。