中(zhong)國科(ke)學技術(shu)大學郭(guo)光燦院(yuan)士(shi)團隊李傳鋒(feng)、柳必(bi)恒(heng)研究組(zu)與奧地利Marcus Huber教授(shou)等人合作，在(zai)高噪聲環境下實現(xian)了高效的(de)高維(wei)量子通信。該成(cheng)果日(ri)前發表于《物理評(ping)論快報》。

　　量(liang)(liang)子(zi)通信(xin)是量(liang)(liang)子(zi)信(xin)息領域最重要的應(ying)用之一。理論研究表明，相(xiang)比(bi)二(er)維(wei)(wei)體系，高維(wei)(wei)量(liang)(liang)子(zi)體系在(zai)信(xin)道(dao)容量(liang)(liang)和抗噪聲(sheng)能力(li)上均具有明顯優勢，然而(er)要在(zai)實(shi)(shi)驗上實(shi)(shi)現高效的高維(wei)(wei)量(liang)(liang)子(zi)通信(xin)仍(reng)然存在(zai)挑戰。

　　近年(nian)來，李傳(chuan)(chuan)鋒(feng)、柳必恒(heng)研究組致力于(yu)高維(wei)(wei)量子通信網絡的(de)(de)實(shi)驗研究，在高維(wei)(wei)糾纏(chan)的(de)(de)制備與傳(chuan)(chuan)輸等方面取(qu)得(de)一系列進展，包括制備出世界(jie)上保真度最高的(de)(de)32維(wei)(wei)量子糾纏(chan)態(tai)，實(shi)現高維(wei)(wei)糾纏(chan)態(tai)在11公里光纖中的(de)(de)有效傳(chuan)(chuan)輸等。

　　該研究組(zu)首先(xian)制備出兩光(guang)子(zi)(zi)多維(wei)(wei)(wei)(wei)（實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)中(zhong)制備了(le)2、4、8維(wei)(wei)(wei)(wei)）路徑糾纏(chan)態(tai)，然后(hou)設計并實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)實(shi)(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)了(le)多維(wei)(wei)(wei)(wei)量子(zi)(zi)態(tai)的(de)多出口測量裝(zhuang)置，可(ke)分別對(dui)兩個光(guang)子(zi)(zi)進(jin)行(xing)多達8輸出的(de)探測。為了(le)研究環境(jing)(jing)噪(zao)聲對(dui)高維(wei)(wei)(wei)(wei)量子(zi)(zi)通信的(de)影響(xiang)，研究組(zu)采用(yong)(yong)LED對(dui)單光(guang)子(zi)(zi)探測器照射的(de)辦法引入環境(jing)(jing)雜散光(guang)，通過調節LED的(de)亮度即可(ke)方便(bian)地調節環境(jing)(jing)噪(zao)聲的(de)大小。他們(men)以基(ji)于糾纏(chan)的(de)量子(zi)(zi)密鑰(yao)分發為例進(jin)行(xing)了(le)實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)研究。研究結果表明：在(zai)噪(zao)聲較小時，高維(wei)(wei)(wei)(wei)全空間(jian)(jian)編碼(ma)能取得最佳的(de)編碼(ma)效(xiao)率(lv)。具體而言，利(li)用(yong)(yong)4維(wei)(wei)(wei)(wei)糾纏(chan)態(tai)和8維(wei)(wei)(wei)(wei)糾纏(chan)態(tai)，經過糾錯和保(bao)密放大等處理(li)后(hou)，每對(dui)糾纏(chan)光(guang)子(zi)(zi)依然可(ke)以得到大于1比(bi)特的(de)密鑰(yao)，超(chao)越了(le)兩維(wei)(wei)(wei)(wei)比(bi)特系(xi)統(tong)所(suo)能達到的(de)極(ji)限。而隨著噪(zao)聲增大，采用(yong)(yong)高維(wei)(wei)(wei)(wei)部分子(zi)(zi)空間(jian)(jian)編碼(ma)的(de)方式則更能對(dui)抗噪(zao)聲的(de)影響(xiang)，實(shi)(shi)(shi)(shi)驗(yan)結果顯著優于兩維(wei)(wei)(wei)(wei)比(bi)特系(xi)統(tong)，從而保(bao)證在(zai)高噪(zao)聲環境(jing)(jing)中(zhong)依然能實(shi)(shi)(shi)(shi)現(xian)(xian)高效(xiao)的(de)高維(wei)(wei)(wei)(wei)量子(zi)(zi)通信。

　　該成(cheng)果實(shi)驗(yan)驗(yan)證了高維量子(zi)通信的優勢(shi)，并為不同大小噪聲環(huan)境下實(shi)現(xian)高效的高維量子(zi)通信過程提(ti)供了可行(xing)的途徑。