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中國科學(xué)家在高維量子密鑰分發(fā)研究中取得新進(jìn)展

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2019-03-08 17:45:34 字號：A- A A+ 來源：觀察者網(wǎng)

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觀察者網(wǎng)3月8日從中國科技大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊在高維量子密碼領(lǐng)域的研究中取得新進(jìn)展：該團(tuán)隊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，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)展的核心問題是高維量子態(tài)的制備、傳輸和測量。

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)測量方法

科研人員基于光子的偏振-軌道角動量不可分離態(tài)，提出了偏振和軌道角動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)了對高維量子態(tài)的高精度制備和測量。該方案在操控光子偏振態(tài)的同時，可以通過映射裝置同時高精度的操控光子的軌道角動量量子態(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)勢在于編解碼過程不需要進(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)測量兩大難題開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作用。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.11.024070
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