我国科学家实现11公里远距离量子纠缠纯化

中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学盛宇波等人合作，利用高品质的超纠缠源，首次实现11公里远距离量子纠缠纯化，纯化效率比此前国际最好水平提升6000多倍。该成果日前发表于《物理评论快报》。

量子中继采用分段纠缠分发与纠缠交换相结合来拓展通信距离，其核心是量子存储技术，通过对光子比特进行缓存，可大幅提升纠缠连接效率。量子中继是在噪声信道中实现长距离量子通信的重要途径，而量子纠缠纯化是量子中继中的关键操作，利用量子纠缠纯化操作可以从两份纠缠度较低的纠缠态中提炼出一份纠缠度较高的纠缠态。此前的纠缠纯化协议都是利用两对低纠缠度的光子对实现，而中国科大研究团队与合作者提出仅需一对超纠缠光子对的纠缠纯化方案。

中国科大联合团队在实验上制备出偏振和路径分别处于纠缠态的超纠缠光子对，并在11公里长的多芯光纤里进行纠缠分发，然后进行量子纠缠纯化操作。实验结果表明，分发后的偏振纠缠和路径纠缠初始保真度均为约0.665时，纯化后保真度可以提升到0.774；初始保真度均为约0.771时，纯化后保真度则可提升到0.887。他们还首次将纠缠纯化用于量子密钥分发，纯化前纠缠态的纠缠度太低，产生的有效密钥率为0，而经过纯化后有效密钥率提升到0.371。

此外，由于只需要使用一对超纠缠光子对，该方案的纯化效率（每秒大约输出400对）比此前国际最好水平提升6000多倍。

该成果迈出纠缠纯化从实验室到远距离的关键一步，大幅提升了纯化效率，为实现高效率量子中继提供了有力的技术保障。

（原载于《光明日报》 2021-01-13 08版）