给纠缠态“做个CT” 让未来量子网络更安全

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在量子通信研究领域，中国已经在轨道上处于领先地位，在理论研究、技术应用和项目实施方面都处于世界领先地位。两个多月前，中国科技大学的李传峰、陈赓、张文浩等人在测量设备不可靠的情况下，通过实验了解了未知量子纠缠态的保真度，并在国际上首次实现了量子纠缠态的自测。研究结果发表在国际权威期刊《物理评论快报》上。

最近，郭广灿院士团队又在《物理评论快报》上发表了一篇论文。他们将量子纠缠态的非局域性与伯希测量定量联系起来，从而首次在国际上实现了纠缠交换过程中伯希测量的自测。

不再依赖测量设备的可靠性

要实现量子通信和量子计算，首先必须实现量子纠缠。然而，如何检测量子之间是否已经形成纠缠态已经成为量子领域科学家们竞相克服的难题。

量子通信的一个特点是高度保密，但它不是绝对无机的。其中仍有一些微妙的漏洞，科学家和技术人员必须弥补这些缺陷。例如，用于测量纠缠态信息的量子态层析成像方法类似于医院ct扫描，其通过逐层扫描重构纠缠态形式，然后获得诸如纠缠态保真度的重要信息。然而，这种方法依赖于测量设备的准确性和可靠性，并且不能用于承担要求安全性的量子信息任务。例如，如果量子通信的检测设备被窃听者控制，就会对量子通信的保密性构成威胁。

为了解决这一问题并弥补其缺陷，科学家们提出了一种纠缠测量方法，如贝尔不等式违逆，它可以在不依赖于探测设备可靠性的情况下进行量子纠缠自测。然而，国际学术界已经做了大量的理论研究，相关的实验仍然是空·怀特的。

中国科学技术大学的李传峰院士、郭广灿院士等巧妙地设计了一种新方法，实现了二位和三位量子纠缠态的自测实验。对于不同形式的量子纠缠态，他们在测量设备不可靠的情况下获得了未知量子态的保真度信息，并与传统的量子态层析成像结果进行了比较，证实了自测结果的可靠性。

这是世界上第一个用& lsquo具有高可靠性和抗干扰特性的纠缠态自测实验为自测扩展到各种量子信息过程，促进量子通信和量子计算的研究奠定了重要基础。中国科学院量子信息重点实验室韩教授告诉《科技日报》记者。

纠缠交换自检，包裹无扭曲通过

量子纠缠是量子通信和量子计算的重要资源。在构建量子纠缠网络的过程中，不仅需要制备高质量的量子纠缠态，还需要在节点之间进行高质量的纠缠交换，从而使每个节点纠缠在一起。中国科学院量子信息重点实验室的黄安琪博士告诉《科技日报》记者，如果关键的一步是要建立一个量子纠缠网络，就必须在分离的节点之间建立纠缠。目前，由于传输通道(通常是光纤)的损耗，地面上量子纠缠分布的距离被限制在100公里左右。

如果你想纠缠超过这个距离的两个节点，你需要量子中继，这通常是通过纠缠交换过程实现的。黄安琪告诉记者，纠缠交换具体是指两个分离的节点A和节点B各自准备一对纠缠光子，然后将其中一个光子送到中间节点C进行贝尔态测量，然后剩下的两个光子被节点A和节点B纠缠。通过扩展该方法，可以从理论上实现长距离纠缠分配。

然而，在实际应用中，纠缠态和纠缠交换不可能是完美的，最终会成为限制纠缠网络规模和传输距离的重要因素，因此有必要对纠缠态和纠缠交换的质量进行测试。黄安琪说。

由于量子网络需要很高的安全级别来进行安全通信，甚至需要假设所使用的测量设备并不完全可靠，因此很难通过常规手段直接实现这种检测。近年来，学术界发现，利用非局域性检测独立于测量设备的特点，可以实现纠缠态和纠缠交换的质量检测，这就是所谓的自检。

如果没有自检，就会有相应的风险，窃听者可能会控制我们测量设备的输出，这让我们认为量子纠缠网络已经从数据的角度建立起来了。然而，当涉及到应用时，发现根本没有纠缠，量子网络瘫痪了。黄安琪说，在自检过程中，即使测量设备不可信，只要我们判断出已经建立了纠缠网络，那么整个网络就真的被纠缠了。

这个过程有点类似于在计算机开始工作之前扫描和自我检查病毒。量子纠缠网络应该首先自检节点之间的纠缠是否真正建立，然后开始工作。黄安琪说。

填充纠缠交换空白自测研究