量子糾纏是實(shí)現(xiàn)量子通信的重要基礎(chǔ)，但糾纏態(tài)非常脆弱容易消失。近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)的李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學(xué)合作，用一種巧妙的方法將兩對(duì)低糾纏度的糾纏態(tài)“純化”成一對(duì)高糾纏度的糾纏態(tài)，并首次實(shí)現(xiàn)了11公里的遠(yuǎn)距離量子糾纏純化，純化效率比此前國(guó)際最好水平提升了6000多倍。

量子糾纏態(tài)極其脆弱，環(huán)境噪聲、光纖抖動(dòng)等都會(huì)導(dǎo)致糾纏純度降低，這是制約實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程量子通信的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

“在實(shí)際傳輸過(guò)程中，量子糾纏的純度降低幾乎不可避免。但是，只有糾纏度比較高的時(shí)候才有用，太低就失去了作用。”李傳鋒教授說(shuō)，他們近期設(shè)計(jì)出一種新技術(shù)方案，嘗試將兩對(duì)低糾纏度的糾纏態(tài)“純化”成一對(duì)高糾纏度的糾纏態(tài)，從而解決純度降低的問(wèn)題。

用這種新方法，科研人員實(shí)驗(yàn)制備出超糾纏光子對(duì)，一對(duì)光子就可攜帶兩對(duì)糾纏態(tài)，并在11公里長(zhǎng)的多芯光纖里進(jìn)行糾纏分發(fā)，然后實(shí)施純化操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)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(shí)，純化得到的糾纏態(tài)保真度可以提升到0.774;初始保真度均為約0.771時(shí)，純化后的保真度可提升到0.887。將糾纏純化用于量子密鑰分發(fā)，有效密鑰率可從0提升到0.371。

由于新方案只需使用一對(duì)超糾纏光子對(duì)，該方案的純化效率達(dá)到每秒約輸出400對(duì)，比此前國(guó)際上的最好水平提升了6000多倍。

該成果邁出了糾纏純化技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到應(yīng)用的關(guān)鍵一步，大幅提升了純化效率，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率的遠(yuǎn)距離量子通信提供了技術(shù)保障。

國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》日前發(fā)表了該成果。