中國科大成功克服量子隱形傳態中的環境噪聲

中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子隱形傳態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理論研究組合作，利用多體混合糾纏成功克服了環境噪聲，實現了高保真度的量子隱形傳態。5月1日，該成果發表于《科學-進展》。

量子隱形傳態是量子通信的重要協議，可以通過量子糾纏把未知的量子態進行遠程傳送。由于量子糾纏很脆弱，量子隱形傳態容易受到噪聲影響。如何在噪聲環境中實現高保真度的量子隱形傳態是亟待解決的問題。

此前，為了解決噪聲環境中的開放量子系統退相干問題，研究團隊基于巧妙的光路設計和可編程空間光調制器，發展了一套對光子偏振和頻率進行完備調控的方法，從而實現了完全可控的相位退相干量子模擬器，并實現了基于非局域記憶效應的克服噪聲的量子隱形傳態。然而，非局域記憶效應要求環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，在此次工作中，研究團隊設計并實現了更普適的克服環境噪聲的量子隱形傳態。

研究團隊首先證明了通過對單量子系統的環境進行特定相位調制，可以完全逆轉開放量子系統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中。然后，以光子的偏振做為量子系統，光子的頻率做為噪聲環境進行實驗。基于完全可控相位退相干量子模擬器，在環境中加載特定相位調制，從而制備出雙光子偏振-頻率混合糾纏初態，然后把兩個光子分發給用戶Alice和Bob。Alice端進行退相干演化，再與待傳遞的量子態做貝爾測量，接著在Bob端進行退相干演化。最終，通過經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，測得的保真度接近90%。由于此過程中雙光子的偏振態從未違背貝爾不等式，該實驗是基于隱藏量子非局域性實現了量子隱形傳態。

研究人員介紹，此次成果提供了一種區別于動力學解耦和無退相干子空間的克服環境噪聲的新方法，并對深入理解量子非局域性有重要意義。

相關論文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3435