我们的科学家在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信

中国科学技术大学郭光灿院士团队成员李传锋、刘与奥地利马库斯胡贝尔教授合作，实现了高噪声环境下的高效高维量子通信。这个成果前几天发表在《物理评论快报》。

量子通信是量子信息领域最重要的应用之一。理论表明，与二维系统相比，高维量子系统在信道容量和抗噪声能力方面具有明显优势，但在实验中实现高效的高维量子通信仍存在挑战。

近年来，李传锋和刘致力于高维量子通信网络的实验研究，在高维纠缠态的制备和传输方面取得了一系列进展，包括制备了世界上保真度最高的32维量子纠缠态，以及在11 km光纤中实现了高维纠缠态的有效传输。

该课题组首先制备了双光子多维(2，4，8维)路径纠缠态，然后设计并实现了一种多维量子态多出口测量装置，该装置可以分别对两个光子探测多达8个输出。为了研究环境噪声对高维量子通信的影响，课题组通过用LED照亮单光子探测器引入了环境杂散光，通过调节LED的亮度可以轻松调节环境噪声。他们对基于纠缠的量子密钥分配进行了实验研究。结果表明，当噪声较小时，高维全空间编码可以达到最佳的编码效率。具体来说，利用4维纠缠态和8维纠缠态，每对纠缠光子经过纠错和安全放大后仍能得到大于1比特的密钥，超过了2维比特系统所能达到的极限。但随着噪声的增加，高维部分子空间编码方法可以更好地抵抗噪声的影响，实验结果明显优于二维比特系统，从而保证了在高噪声环境下仍然可以实现高效的高维量子通信。

实验结果验证了高维量子通信的优势，为在不同噪声环境下实现高效的高维量子通信过程提供了可行的途径。