中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恒研究組與奧地利等國科學家合作，在高噪聲環境下實現了高效的高維量子通信。該成果日前發表于《物理評論快報》。
量子通信是量子信息領域最重要的應用之一。理論研究表明，相比二維體系，高維量子體系在信道容量和抗噪聲能力上均具有明顯優勢，然而要在實驗上實現高效的高維量子通信仍然存在挑戰。
近年來，李傳鋒、柳必恒研究組致力于高維量子通信網絡的實驗研究，在高維糾纏的制備與傳輸等方面取得一系列進展，包括制備出世界上保真度最高的32維量子糾纏態，實現高維糾纏態在11公里光纖中的有效傳輸等。
該研究組首先制備出兩光子多維（實驗中制備了2、4、8維）路徑糾纏態，然后通過設計和實驗構建了多維量子態的多出口測量裝置，可分別對兩個光子進行多達8輸出的探測。為研究環境噪聲對高維量子通信的影響，研究組采用發光二極管（LED）對單光子探測器照射的辦法引入環境雜散光，通過調節LED的亮度即可方便地調節環境噪聲的大小。他們以基于糾纏的量子密鑰分發為例進行了實驗研究。
研究結果表明，在噪聲較小時，高維全空間編碼能取得最佳的編碼效率。具體而言，利用4維糾纏態和8維糾纏態，經過糾錯和保密放大等后處理后，每對糾纏光子依然可以得到大于1比特的密鑰，超越了兩維比特系統所能達到的極限。而隨著噪聲增大，采用高維部分子空間編碼的方式則更能對抗噪聲的影響，實驗結果顯著優于兩維比特系統，從而保證在高噪聲環境中依然能實現高效的高維量子通信。
該成果實驗驗證了高維量子通信的優勢，并為不同大小噪聲環境下實現高效的高維量子通信過程提供了可行途徑。（桂運安）
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