我校郭光燦院士團隊在量子隱形傳態(tài)研究中取得重要進展,。該團隊李傳鋒,、劉曌地等人與芬蘭圖爾庫大學的理論研究組合作，利用多體混合糾纏成功克服了環(huán)境噪聲,，實現(xiàn)了高保真度的量子隱形傳態(tài),。該成果5月1日發(fā)表在國際知名期刊《科學·進展》上,。
量子隱形傳態(tài)是量子通信的重要協(xié)議，可以通過量子糾纏把未知的量子態(tài)進行遠程傳送,。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)境中實現(xiàn)高保真度的量子隱形傳態(tài)是亟待解決的問題,。
此前,，為了解決噪聲環(huán)境中的開放量子系統(tǒng)退相干問題，研究團隊基于巧妙的光路設計和可編程空間光調(diào)制器,，發(fā)展了一套對光子偏振和頻率進行完備調(diào)控的方法,，從而實現(xiàn)了完全可控的相位退相干量子模擬器[Nature Commun. 9, 3453 (2018)]，并實現(xiàn)了基于非局域記憶效應的克服噪聲的量子隱形傳態(tài)[Phys. Rev. A 102, 062208 (2020)], 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,，一般情況下無法被滿足,。基于以上成果,，在本工作中研究團隊設計并實現(xiàn)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，通過對單量子系統(tǒng)的環(huán)境進行特定相位調(diào)制,，可以完全逆轉(zhuǎn)開放量子系統(tǒng)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(tǒng)中,。然后以光子的偏振做為量子系統(tǒng)，光子的頻率做為噪聲環(huán)境進行實驗,?；谕耆煽叵辔煌讼喔闪孔幽M器，在環(huán)境中加載特定相位調(diào)制,，從而制備出雙光子偏振-頻率混合糾纏初態(tài),，然后把兩個光子分發(fā)給用戶Alice和Bob。Alice端進行退相干演化,，再與待傳遞的量子態(tài)做貝爾測量,，接著在Bob端進行退相干演化，最終通過經(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)（圖1和圖2）,，測得的保真度接近90%（圖3）,。由于此過程中雙光子的偏振態(tài)從未違背貝爾不等式，本實驗是基于隱藏量子非局域性實現(xiàn)了量子隱形傳態(tài),?？傊境晒峁┝艘环N區(qū)別于動力學解耦（Dynamical Decoupling）和無退相干子空間（Decoherence-Free Subspaces）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,。
圖1 克服量子隱形傳態(tài)環(huán)境噪聲的實驗步驟示意圖
圖2 克服量子隱形傳態(tài)環(huán)境噪聲的實驗裝置圖
圖3 量子態(tài)保真度實驗結果圖
該研究工作得到了科技創(chuàng)新2030重大項目、國家自然科學基金會,、中國博士后科學基金會和中國科學技術大學的資助,。
文章鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3435
（中國科學院量子信息重點實驗室、中國科學院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院,、物理學院,、科研部）
