人民網(wǎng)合肥7月25日電  繼前不久首次實現(xiàn)18個量子比特的糾纏，刷新世界紀錄之后，近日，中國科大再次創(chuàng)造紀錄：郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恒等人首次利用四維糾纏態(tài)實現(xiàn)量子密集編碼，達到2.09的信道容量，創(chuàng)造了當前國際最高水平。該成果也于7月20日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《科學(xué)-進展》上。

據(jù)介紹，量子密集編碼是最重要的量子保密通信過程之一。以比特系統(tǒng)為例，初始時A和B兩人共享一對糾纏光子，A編碼2比特的經(jīng)典信息在其光子上，并把光子發(fā)送到B，然后B對其手里的兩個光子進行貝爾基測量，解碼得到A發(fā)送的2比特信息。在這個過程中，A只發(fā)送了1個量子比特到B，但是B卻接收到了2比特的經(jīng)典信息。

衡量密集編碼的重要指標是信道容量，即A向B發(fā)送一個光子所能傳輸?shù)谋忍財?shù)。在比特系統(tǒng)中，量子密集編碼的信道容量極限為2。

量子密集編碼的思想于1992年提出，1996年在光學(xué)系統(tǒng)中首次實現(xiàn)。由于無法實現(xiàn)完全的貝爾基測量，當時利用一對糾纏光子僅傳送1.13個經(jīng)典比特，即信道容量為1.13。2008年，利用超糾纏，量子密集編碼的信道容量被提升到1.63 。2017年，基于完全的貝爾基測量，這一紀錄才被更新為1.665。

與比特系統(tǒng)的二維糾纏相比，高維糾纏具有信道容量高、抵抗竊聽能力強等優(yōu)勢，近年來被學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。李傳鋒、柳必恒等人在自主研制的高品質(zhì)三維糾纏源基礎(chǔ)上，進一步制備出偏振-路徑復(fù)合的四維糾纏源，保真度達到98%。他們利用這種四維糾纏源成功識別了五類貝爾態(tài)，并實驗演示了量子密集編碼，把量子密集編碼的信道容量紀錄提升到了2.09，超過了兩維糾纏能達到的理論極限2，充分展示了高維糾纏在量子通信中的優(yōu)勢，也為高維糾纏在量子信息領(lǐng)域的深入研究打下了重要基礎(chǔ)。（記者 汪瑞華）