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中國(guó)科學(xué)家在高維量子密鑰分發(fā)研究中取得新進(jìn)展
關(guān)鍵字:觀察者網(wǎng)3月8日從中國(guó)科技大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在高維量子密碼領(lǐng)域的研究中取得新進(jìn)展：該團(tuán)隊(duì)韓正甫教授研究組利用量子態(tài)的不同自由度之間的映射方法，設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種保真度和穩(wěn)定性極佳的高維量子密鑰分發(fā)方案。該研究成果日前發(fā)表在《物理評(píng)論應(yīng)用》上。
高維量子密鑰分發(fā)利用高維量子態(tài)編碼，可以在單個(gè)量子態(tài)上加載多于1比特的經(jīng)典信息，從而有效提高安全密鑰生成率；同時(shí)，高維量子密鑰分發(fā)可以容忍更高的系統(tǒng)誤碼率，因此具有更強(qiáng)的抗噪能力。與BB84協(xié)議等常用的二維量子態(tài)編解碼技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)光子軌道角動(dòng)量等高維量子態(tài)的高保真、高速率編解碼的難度顯著提升。因此，現(xiàn)有的高維量子密鑰分發(fā)技術(shù)仍停留在原理驗(yàn)證階段。制約該技術(shù)實(shí)用化發(fā)展的核心問(wèn)題是高維量子態(tài)的制備、傳輸和測(cè)量。
圖1. 基于不同自由度之間態(tài)映射的高維量子態(tài)(a)-(b)制備和(c)測(cè)量方法
科研人員基于光子的偏振-軌道角動(dòng)量不可分離態(tài)，提出了偏振和軌道角動(dòng)量雙自由度之間的態(tài)映射方法和實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)高維量子態(tài)的高精度制備和測(cè)量。該方案在操控光子偏振態(tài)的同時(shí)，可以通過(guò)映射裝置同時(shí)高精度的操控光子的軌道角動(dòng)量量子態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高保真度的信息加載和提取。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方案的最大優(yōu)勢(shì)在于編解碼過(guò)程不需要進(jìn)行光子態(tài)的干涉操控，因而具有很低的本底誤碼率和極佳的穩(wěn)定性。
由于該系統(tǒng)只需操控光子的偏振態(tài)，有望實(shí)現(xiàn)與二維量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)相同的高工作速率，因此具有很好的應(yīng)用潛力。該研究工作為解決高維量子密鑰分發(fā)的態(tài)制備和態(tài)測(cè)量?jī)纱箅y題開(kāi)拓了一條有效的解決思路，為高維量子密鑰分發(fā)技術(shù)的實(shí)用化起到了積極的推動(dòng)作用。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.024070
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- 最后更新: 2019-03-08 18:55:56
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