[科技前沿]
本報合肥2月4日電記者常河、馬榮瑞從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子通信實驗研究中取得重要進展，首次實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信。
香農(nóng)理論是經(jīng)典信息論的基礎(chǔ)，其中信息載體是經(jīng)典系統(tǒng)。20世紀(jì)40年代末，美國數(shù)學(xué)家、信息論創(chuàng)始人克勞德·香農(nóng)根據(jù)經(jīng)典物理定律建立了數(shù)據(jù)傳輸模型，發(fā)展出了信息論。對于建立在經(jīng)典體系之上的香農(nóng)信息論來說，無論是信息載體（如光子）還是通信信道本身（如光纜），都被視作經(jīng)典系統(tǒng)。它們具有定義明確、完全可區(qū)分的狀態(tài)。一直以來，物理學(xué)家都想要發(fā)展出信息論的量子版本，以探索當(dāng)信息載體是量子系統(tǒng)時會產(chǎn)生什么新的可能性。
如果把信息載體推廣到量子系統(tǒng)則得到標(biāo)準(zhǔn)的量子香農(nóng)理論，它是量子通信與量子信息的基礎(chǔ)，已經(jīng)在量子信息壓縮、噪聲信道中的信息傳輸、糾纏輔助的量子通信等方面取得了極大的成功。近兩年的理論研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多個信道連接順序處于相干疊加態(tài)時，經(jīng)典信息和量子信息的傳輸速率相比標(biāo)準(zhǔn)的量子香農(nóng)理論都有進一步的提升。
受此啟發(fā)，李傳鋒、柳必恒等人通過構(gòu)造光學(xué)量子開關(guān)，實現(xiàn)了兩個信道兩種連接順序的相干疊加等技術(shù)，使得相干疊加操作的保真度達到97%以上。在此基礎(chǔ)上，又分別實現(xiàn)了經(jīng)典信息和量子信息的高保真度傳輸，實驗結(jié)果均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論通信模型（傳輸路徑不相干疊加）的結(jié)果。
該成果發(fā)表在國際物理學(xué)著名學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上，由李傳鋒、柳必恒等人與香港大學(xué)理論物理學(xué)家合作完成，首次實現(xiàn)了量子信道因果序的相干疊加。
該工作是國際上首個利用量子信道因果序的相干疊加實現(xiàn)超越標(biāo)準(zhǔn)量子香農(nóng)理論的量子通信原理性實驗驗證，是香農(nóng)理論二次量子化的重要一步，對量子計算和量子精密測量以及在量子時空的模擬中也有重要用途。
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