近日，俄國科研人員在高噪聲環(huán)境下實現(xiàn)了高效的高維量子通信。該成果日前發(fā)表于《物理評論快報》。
量子通信是量子信息領域最重要的應用之一。理論研究表明，相比二維體系，高維量子體系在信道容量和抗噪聲能力上均具有明顯優(yōu)勢，然而要在實驗上實現(xiàn)高效的高維量子通信仍然存在挑戰(zhàn)。
該研究組首先制備出兩光子多維(實驗中制備了2、4、8維)路徑糾纏態(tài)，然后設計并實驗實現(xiàn)了多維量子態(tài)的多出口測量裝置，可分別對兩個光子進行多達8輸出的探測。為了研究環(huán)境噪聲對高維量子通信的影響，研究組采用LED對單光子探測器照射的辦法引入環(huán)境雜散光，通過調節(jié)LED的亮度即可方便地調節(jié)環(huán)境噪聲的大小。他們以基于糾纏的量子密鑰分發(fā)為例進行了實驗研究。
研究結果表明：在噪聲較小時，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態(tài)和8維糾纏態(tài)，經(jīng)過糾錯和保密放大等處理后，每對糾纏光子依然可以得到大于1比特的密鑰，超越了兩維比特系統(tǒng)所能達到的極限。而隨著噪聲增大，采用高維部分子空間編碼的方式則更能對抗噪聲的影響，實驗結果顯著優(yōu)于兩維比特系統(tǒng)，從而保證在高噪聲環(huán)境中依然能實現(xiàn)高效的高維量子通信。
該成果實驗驗證了高維量子通信的優(yōu)勢，并為不同大小噪聲環(huán)境下實現(xiàn)高效的高維量子通信過程提供了可行的途徑。
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