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１月１５日電中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李傳鋒、許金時(shí)研究組與其合作者，深入研究噪聲信道量子容量的激活問題，實(shí)驗(yàn)上首次實(shí)現(xiàn)了零容量量子信道中量子信息的雙向傳輸，突破了以前標(biāo)準(zhǔn)的量子信道理論。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》子刊《科學(xué)·進(jìn)展》日前發(fā)表了該研究成果。
據(jù)了解，信道容量是指信道在噪聲環(huán)境下有效傳輸信息的能力，是通訊領(lǐng)域的基本問題。經(jīng)典信道的容量問題可由香農(nóng)第二定理很好地描述，但量子信道的容量問題要復(fù)雜得多。量子信道不僅可以傳輸經(jīng)典信息，還可以傳輸私密信息和量子信息，每種情況對(duì)應(yīng)一個(gè)信道容量。標(biāo)準(zhǔn)的量子信道理論與經(jīng)典理論相似，都是假定信道之間是相互獨(dú)立的，但真實(shí)的量子信道并非如此。
李傳鋒、許金時(shí)等人選擇保偏光纖進(jìn)行深入研究。保偏光纖具有極強(qiáng)的相位消相干，原本不能用來有效傳輸量子信息。他們利用量子通訊領(lǐng)域最近發(fā)展的理論工具來度量光纖的信道容量，首先實(shí)驗(yàn)測定一根１２０米左右長度的保偏光纖的量子容量為零，隨后對(duì)兩根相同的保偏光纖進(jìn)行編碼，構(gòu)成一個(gè)量子信道干涉儀，從而把量子容量為零的保偏光纖激活。激活后兩個(gè)保偏光纖不再獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)起來構(gòu)成一個(gè)無消相干子空間，從而有效地進(jìn)行量子信息傳輸。
為了提高光纖噪聲的關(guān)聯(lián)度，研究組將兩根光纖纏繞在一起，實(shí)驗(yàn)測得兩根量子容量為零的保偏光纖聯(lián)合使用時(shí)的量子容量大于０．６（理想的量子信道容量為１）。量子信道干涉儀內(nèi)有兩個(gè)輸入口和兩個(gè)輸出口，通過改變干涉儀內(nèi)半波片的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)量子信息在噪聲信道中的單向傳輸或雙向傳輸。他們還進(jìn)一步驗(yàn)證了量子糾纏在這種裝置下傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
學(xué)界認(rèn)為，該成果演示了一種在噪聲信道中傳輸量子信息的有效方法，可用于不同量子系統(tǒng)的通訊和對(duì)接，為構(gòu)建小型量子糾纏網(wǎng)絡(luò)提供了新思路，并為豐富量子通訊理論框架提供了新的物理平臺(tái)。
