中国科大密集编码量子通信信道容量达到2.09

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记者从中国科技大学了解到，最近，中国科技大学郭广灿院士团队在量子通信研究方面取得了新的进展。该团队的李传峰、刘、等人首次利用四维纠缠态实现量子密集编码，信道容量达到2.09，创造了目前国际最高水平。这一成果充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势，并于7月20日发表在国际权威期刊《科学进步》上。

量子密集编码是最重要的量子安全通信过程之一。以比特系统为例，首先，甲和乙共享一对纠缠光子。A在光子上编码2位经典信息，并将光子发送给B。然后B测量其手中的两个光子的贝奇，并对A发送的2位信息进行解码..在这个过程中，甲只向乙发送了一个量子位，而乙收到了两位经典信息。

衡量密集编码的重要指标是信道容量，即A向b发送光子时可以传输的比特数。在比特系统中，量子密集编码的信道容量限制为2。量子密集编码的思想于1992年提出，并于1996年首次在光学系统中实现。由于不能实现完整的伯希测量，当时用一对纠缠光子只传输了1.13个经典比特，即信道容量为1.13。2008年，利用超纠缠，量子密集编码的信道容量增加到1.63。2017年，根据伯希的完整测量，该记录被更新为1.665。

据报道，与比特系统的二维纠缠相比，高维纠缠具有信道容量高、抗窃听能力强等优点，近年来受到学术界的广泛关注。李传峰、刘、等人在自行研制的高质量三维纠缠源的基础上，进一步制备了保真度为98%的偏振路径复合四维纠缠源。他们利用这种四维纠缠源成功识别了五种贝尔态，并通过实验演示了量子密集编码，将量子密集编码的信道容量记录提高到了2.09，超过了二维纠缠的理论极限，充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势，为进一步研究量子信息领域的高维纠缠奠定了重要基础。