超過20Mbps！我學(xué)者在高速量子通信方面取得重要進(jìn)展
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】量子態(tài)光場是開展量子信息技術(shù)研究的重要量子資源。連續(xù)變量量子態(tài)光場具有確定性產(chǎn)生，高效率探測和與經(jīng)典通信系統(tǒng)高度兼容的特點(diǎn)，特別適合于開展高速量子信息任務(wù)。
隨著相關(guān)研究的深入開展，制備更高帶寬的量子態(tài)光場成為開展實(shí)用化量子通信技術(shù)的前提，而非經(jīng)典光場的制備系統(tǒng)—光學(xué)參量放大器的帶寬是量子態(tài)光場帶寬的重要限制因素。
近日，山西大學(xué)光電研究所彭堃墀院士領(lǐng)導(dǎo)的賈曉軍團(tuán)隊(duì)在寬帶量子光場制備及應(yīng)用研究方面取得了重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過系列技術(shù)改進(jìn)，成功制備了有效帶寬超80兆赫茲的寬帶壓縮態(tài)光場，并對半設(shè)備無關(guān)量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器展開研究。
隨機(jī)數(shù)在科學(xué)研究和日常生活中都有重要應(yīng)用，比如在信息安全和密碼學(xué)等領(lǐng)域，需要第三方完全不知道的隨機(jī)數(shù)作為安全性的基礎(chǔ)。量子力學(xué)因?yàn)槠湮锢磉^程具有“內(nèi)稟隨機(jī)性”而可以用于產(chǎn)生量子隨機(jī)數(shù)。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器具有不可預(yù)測性、不可重復(fù)性和無偏性等特征，是量子通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心器件。
寬帶壓縮態(tài)的反壓縮分量噪聲是實(shí)現(xiàn)高速率量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的一個(gè)理想熵源。該團(tuán)隊(duì)基于熵不確定性原理，利用寬帶壓縮態(tài)光場實(shí)現(xiàn)了在帶寬受限情境下超越真空噪聲量子隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生速率的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。
量子密集編碼是一種利用量子糾纏實(shí)現(xiàn)的信息傳輸協(xié)議，它能夠?qū)⑿诺廊萘刻岣叩浇?jīng)典信息理論的上限的兩倍。在量子密集編碼中，發(fā)送方和接收方共享一對糾纏的量子比特，通過發(fā)送一個(gè)量子比特的信息來傳輸兩個(gè)經(jīng)典比特的信息。這種編碼方案在理論上能夠突破傳統(tǒng)信道容量的極限。
團(tuán)隊(duì)利用兩束壓縮光耦合得到的寬帶糾纏態(tài)光場，結(jié)合經(jīng)典的光載射頻通信技術(shù)和數(shù)字調(diào)制技術(shù)，將量子密集編碼的通信速率大大提高，實(shí)現(xiàn)了速率超過20Mbps的高速量子通信。
該研究方法一定程度上彌合了量子通信技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用之間的差距，為在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)現(xiàn)量子增強(qiáng)的通信系統(tǒng)和未來量子城域通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了參考。目前相關(guān)研究成果發(fā)表于《npj-量子信息》期刊。
(資料來源：科技日報(bào))
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