中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊在量子隱形傳態(tài)研究中取得重要進(jìn)展。該團隊李傳鋒、劉曌地等人與芬蘭圖爾庫大學(xué)理論研究組合作，利用多體混合糾纏成功克服了環(huán)境噪聲，實(shí)現了高保真度的量子隱形傳態(tài)。5月1日，該成果發(fā)表于《科學(xué)-進(jìn)展》。
量子隱形傳態(tài)是量子通信的重要協(xié)議，可以通過(guò)量子糾纏把未知的量子態(tài)進(jìn)行遠程傳送。由于量子糾纏很脆弱，量子隱形傳態(tài)容易受到噪聲影響。如何在噪聲環(huán)境中實(shí)現高保真度的量子隱形傳態(tài)是亟待解決的問(wèn)題。
此前，為了解決噪聲環(huán)境中的開(kāi)放量子系統退相干問(wèn)題，研究團隊基于巧妙的光路設計和可編程空間光調制器，發(fā)展了一套對光子偏振和頻率進(jìn)行完備調控的方法，從而實(shí)現了完全可控的相位退相干量子模擬器，并實(shí)現了基于非局域記憶效應的克服噪聲的量子隱形傳態(tài)。然而，非局域記憶效應要求環(huán)境糾纏這種比較嚴苛的量子資源，一般情況下無(wú)法被滿(mǎn)足。
基于以上成果，在此次工作中，研究團隊設計并實(shí)現了更普適的克服環(huán)境噪聲的量子隱形傳態(tài)。
研究團隊首先證明了通過(guò)對單量子系統的環(huán)境進(jìn)行特定相位調制，可以完全逆轉開(kāi)放量子系統演化中的相位退相干，并且該方法可以被推廣到任意多體系統中。然后，以光子的偏振做為量子系統，光子的頻率做為噪聲環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗。基于完全可控相位退相干量子模擬器，在環(huán)境中加載特定相位調制，從而制備出雙光子偏振-頻率混合糾纏初態(tài)，然后把兩個(gè)光子分發(fā)給用戶(hù)Alice和Bob。Alice端進(jìn)行退相干演化，再與待傳遞的量子態(tài)做貝爾測量，接著(zhù)在Bob端進(jìn)行退相干演化。最終，通過(guò)經(jīng)典通信對得到的量子比特做相應幺正操作，得到被傳遞的量子態(tài)，測得的保真度接近90%。由于此過(guò)程中雙光子的偏振態(tài)從未違背貝爾不等式，該實(shí)驗是基于隱藏量子非局域性實(shí)現了量子隱形傳態(tài)。
研究人員介紹，此次成果提供了一種區別于動(dòng)力學(xué)解耦和無(wú)退相干子空間的克服環(huán)境噪聲的新方法，并對深入理解量子非局域性有重要意義。
相關(guān)論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3435
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