近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊在量子通信研究中取得新進展，該團隊李傳鋒、柳必恒等人首次利用四維糾纏態實現量子密集編碼，達到2.09的信道容量，創造了當前國際最高水平。該成果充分展示了高維糾纏在量子通信中的優勢，于7月20日發表在國際權威期刊《科學-進展》上。
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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比特的經典信息在其光子上，并把光子發送到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發送的2比特信息。在這個過程中，A只發送了1個量子比特到B，但是B卻接收到了2比特的經典信息。
衡量密集編碼的重要指標是信道容量，即A向B發送一個光子所能傳輸的比特數。在比特系統中，量子密集編碼的信道容量極限為2。量子密集編碼的思想自1992年提出，1996年在光學系統中首次實現。由于無法實現完全的貝爾基測量，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。
據悉，與比特系統的二維糾纏相比，高維糾纏具有信道容量高、抵抗竊聽能力強等優勢，近年來被學術界廣泛關注。李傳鋒、柳必恒等人在自主研制的高品質三維糾纏源基礎上，進一步制備出偏振-路徑復合的四維糾纏源，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，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勢，為高維糾纏在量子信息領域的深入研究打下了重要基礎。
文章來源：中國青年報
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