我國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)量子糾纏的高效率“提純”，未來(lái)可為國(guó)家信息安全提供保障。

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、柳必恒教授研究組與南京郵電大學(xué)電子與光學(xué)工程學(xué)院、柔性電子（未來(lái)技術(shù)）學(xué)院盛宇波教授等人合作，首次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了確定的糾纏純化，純化效率在理論上可提高10億倍，為未來(lái)高效率量子中繼提供有力技術(shù)支撐。該成果已在線發(fā)表于國(guó)內(nèi)的自然科學(xué)綜合性國(guó)際期刊《科學(xué)通報(bào)》（英文版）。

盛宇波教授對(duì)澎湃新聞稱，量子通信的優(yōu)勢(shì)就是感知竊聽(tīng)，通過(guò)檢測(cè)誤碼率來(lái)判斷有無(wú)竊聽(tīng)。與經(jīng)典通信類似，量子通信在傳輸時(shí)，也會(huì)受環(huán)境噪聲影響而退化。噪聲導(dǎo)致光子丟失，或者信號(hào)出錯(cuò)，產(chǎn)生誤碼率。

“如果噪聲也產(chǎn)生了誤碼率，就會(huì)使得我們無(wú)法區(qū)分是噪聲引起還是竊聽(tīng)引起，所以會(huì)威脅通信安全?！笔⒔淌诒硎?。

而量子糾纏的純化效率提高，可以有效提高通信效率，從而更好地發(fā)揮量子通信能感知竊聽(tīng)這一優(yōu)勢(shì)，可為國(guó)家信息安全提供保障。

據(jù)了解，由于其重要性，量子糾纏純化的理論已吸引諸多國(guó)際科學(xué)家的關(guān)注。在此前國(guó)外的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，為了提高保真度，需要重復(fù)純化大量的低保真度的量子糾纏，且此種純化存在失敗率，效率低，速度慢。美國(guó)科學(xué)院院士米哈伊爾·盧金也曾指出，對(duì)長(zhǎng)距離量子通信來(lái)說(shuō)，受限于糾纏純化效率，第一代量子中繼速度變得非常慢。

盛教授向澎湃新聞介紹，此次研究的理論部分是由南京郵電大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)部分由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)。“提純”實(shí)驗(yàn)主要借助了光學(xué)設(shè)備，超糾纏源，探測(cè)器，以及線性光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。量子糾纏純化的具體操作從理論上來(lái)講，都是控制非(CNOT)門(mén)。

而該實(shí)驗(yàn)的理論最早源于2010年——盛教授和其導(dǎo)師鄧富國(guó)教授當(dāng)時(shí)發(fā)表在《物理評(píng)論A》(PRA)上的確定的糾纏純化理論。

不同種類的量子糾纏，抵抗噪聲的能力也不同。例如，極化糾纏較易操控，可用于編碼，但傳輸過(guò)程中易受噪聲影響。而空間、時(shí)間、頻率糾纏較為穩(wěn)定，不易受噪聲干擾。 

據(jù)此，兩位教授首先構(gòu)造空間—極化兩個(gè)自由度的超糾纏，用不易受噪聲干擾的空間糾纏，來(lái)“提純”極化糾纏。純化后，空間糾纏消失，但能獲得高質(zhì)量的極化糾纏。盛教授解釋，空間糾纏和極化糾纏都可用于量子通信。

根據(jù)這一理論，此次中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和南京郵電大學(xué)的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，首先在實(shí)驗(yàn)室制備了空間—極化超糾纏。隨后，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在極化糾纏上加上噪聲，再經(jīng)純化操作后，極化糾纏的保真度從0.268一下就提高到0.989。

據(jù)盛教授，采用這一新方法，僅需要一對(duì)超糾纏，即可實(shí)現(xiàn)量子糾纏的純化。從理論上估算，純化效率可提高10億倍。這對(duì)于提高量子中繼速度十分有利，能夠?yàn)槲磥?lái)的長(zhǎng)距離量子通信提供技術(shù)支撐。同時(shí)，對(duì)未來(lái)分布式量子計(jì)算也有用處。