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实现单光子多自由度量子隐形传态

发布时间:2022-05-26

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  量子隐形传态就是利用量子纠缠效应把量子态传输到遥远地点,而无需传输载体本身。量子隐形传态作为量子信息处理的基本单元,在量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用。1997年,国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证。此后,作为量子信息实验领域的重要研究热点,量子隐形传态又先后在冷原子、离子阱、超导、量子点和金刚石色芯等诸多物理系统中得以实现。但以往所有的量子隐形传态实验都存在着一个根本性局限,即传输的量子态只是基本粒子的单个自由度的状态,也就是说只是部分信息,而不是完整的量子隐形传态。然而,真正的量子物理体系自然地具有多个自由度的信息,即使是一个最简单的基本粒子,如单光子,它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等多个自由度。因此,多自由度的量子隐形传态作为发展可拓展量子计算和量子网络技术的必经途径,成为近二十年来量子信息基础研究领域的一个巨大挑战。

  中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)潘建伟和陆朝阳研究组与合作者,面对挑战,选取单光子自旋和轨道角动量作为研究对象,创造性地发展了多项新颖的多粒子多自由度的纠缠操纵技术,巧妙地设计了利用单光子非破坏测量技术实现自旋和轨道角动量多自由度贝尔态测量的新方案。经过多年艰苦努力,研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件,突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限,搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台,成功实现了多自由度量子体系的隐形传态。

  相关研究论文发表在2015年2月26日Nature[518(7540):516—519]上。Nature杂志邀请国际知名量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期撰文评论认为:“该实验实现为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步,并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。该成果已经被英国物理学会评为“2015年度国际物理学十大突破之首”。

(责任编辑:程博)

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