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中国科大学者首次实现复合系统量子态隐形传输, 首次成功实现六光子纠缠态的操纵

最新出版的英国《自然》杂志在其子刊《自然•物理》以封面文章的形式发表了中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟和他的同事杨涛、张强等完成的研究成果:两粒子复合系统量子态隐形传输的实验实现。这是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。

量子信息的传输和调控遵循和经典信息完全不同的特有规律。由于未知量子态不能被精确克隆,传输未知量子态似乎只能通过传输物质粒子加以实现,而传输过程中的损耗和干扰导致量子信息的传输极其困难。但量子态隐形传输借助量子纠缠可以巧妙解决这一问题,从而实现未知量子态的精确传输,在远距离量子通信中起着核心作用,也是实用化量子计算的必要组成部分。1997年由潘建伟及其奥地利同事首次完成的单光子量子态隐形传输是量子信息发展的一个里程碑。其后,各种各样的量子态隐形传输实验得到了实现,但所有的实验都只能传输单个粒子的量子态。由于和单个量子态相比所具有的复杂性,实现复合系统量子态隐形传输在技术上面临着巨大的挑战。

潘建伟领导的中国科大研究小组在国家自然科学基金、科技部973计划、中国科学院知识创新项目等的支持下,同德国、奥地利等国的同事合作对这一世界性难题进行近十年研究。他们首先对飞秒脉冲激光器进行改造,将其输出功率提高了一倍以上,并且通过巧妙的设计解决了倍频晶体容易损伤的问题,这样就可以在实验上同时操纵三对超高亮度的纠缠光子对。其中的一对光子可以制备成待传输的各种两光子复合系统,另外两对纠缠光子构成并行的量子通道,分别用来隐形传输复合系统中两个光子的量子态。实验结果表明,不仅两个光子的量子态能被精确传输,两光子系统中的各种关联关系也能被精确传输。该实验不仅在国际上首次成功地实现了复合系统量子态的隐形传输,而且第一次成功地实现了六光子纠缠态的操纵。

 

复合系统的量子态隐形传输的实现为各种实用化的量子信息研究开创了新的起点,对于容错量子计算、量子中继、普适量子纠错等重要研究方向具有极其深远的影响。为此,《自然》网站专门发布了“Press releases” 并在近期发表的《自然》杂志研究亮点栏目中对该工作进行专门报导,称赞潘建伟等人的实验成果是在“在大尺度量子通信研究中取得的长足进展”。

近年来,潘建伟小组不断在《自然》、《自然•物理》和《物理评论快报》等国际权威期刊上发表论文,在国内外学术界具有广泛影响并被高度评价,表明了我国量子信息研究,尤其是在线性光学量子信息处理实验领域处于国际领先水平,在国际量子信息界具有重要地位。

(科大新闻中心)


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