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中国科大首次实验验证量子信道容量的不可加性
  • 发布时间:2020-08-21
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  • 据我国科技进步大学官网信息,郭光灿工程院院士精英团队在量子信道容积的科学研究中获得关键进度。该精英团队李传锋、唐建顺等与剑桥大学 Raj Patel 杰出研究者协作,初次设计方案并试验完成了一种独特的 “退相并擦掉”(dephrasure)量子信道,并在该量子信道中认证了量子相干信息的不能加性。该科研成果 2020 年 8 月 6 日发布在国际性著名刊物《物理评论快报》上。

    据了解,信道容积是通讯行业最基础的难题,也是考量通讯信道在噪音自然环境中通讯工作能力的一个重要主要参数。量子信道就是指根据量子纠缠不清的信息安全通道,它不但能用来传送一般 实际意义下的经典信息,还能传送信息保密的经典信息和神密的量子信息。因此对一个量子信道来讲,其信道容积的定义在传送不一样类型信息的状况下,就会有多种多样表达形式:1)经典容积,它表明信道传输经典信息的工作能力;2)私秘容积,它叙述了在第三方捕获信息少到可忽视的状况下,信道能够传送的较大 经典比特数;3)量子容积,它表明信道传送量子信息的工作能力,并由相干信息的最高值来界定。量子信息问世后,大家猜测量子信道与经典信道一样,其信道容积都具备可加性,历经十余年的理论基础研究,大家依次发觉量子信道的经典容积和量子容积均具备不能加性。郭光灿精英团队的博士研究生李科甘冷板凳,刻苦钻研了五年時间总算占领 “私秘容积不能加性”这一全球性难点,发表论文在 2009 年《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 103,120501), 学术界夸赞此项成效 “促使不能加性的三部曲得到进行”。这类奇特的 “不能加”状况在香农的经典容积基础理论中是不容易出現的。

    ▲ 量子信道容积不能加性平面图 | 彩色图库:我国科技进步大学官网

    说白了不能加性就如同一个人的右耳和右耳朵都听不到声音,但把二只耳朵里面一起用时,却可以听得十分清晰。量子信道容积的不能加性尽管在理论上早已拥有充足的科学研究,可是要在试验上观察到 “不能加”的状况确是十分困难的。由于在普遍的量子信道中,不能加性的效用十分很弱,无法试验观察。以便能具体观察到这一状况,李传锋研究组在试验上搭建了一种另外具备 “退相”和 “擦掉”特性的量子信道,即 “退相并擦掉”(dephrasure)量子信道,初次显著且立即地观察来到量子容积中相干信息的不能加性。在试验中,科学研究工作人员构建了一套具备 n 次重复使用工作能力的量子信道 (n-fold quantum channel)。相干信息的不能加性在试验中就反映在应用两根具备一次重复使用工作能力的信道下测出的相干信息,并不一定应用一条具备双向重复使用信道的相干信息。另外,科学研究工作人员还发觉,在应用双向和三反复用的信道时,其相干信息与在应用单反复用信道下测出的結果存有着显著的误差:在单反复用信道下测得相干信息量为零的状况下,双向和三反复用信道下的相干信息依然存有。这就证实了量子相干信息的不能加性。

    这一成效对证实量子相干信息的不能加性和量子信道容积的精确测量都具备关键实际意义。评审人点评 “该试验科学研究对信息科学研究和量子技术领域都是有非常大的协助”。该工作中搭建了一个很有效的试验服务平台,即 “退相并擦掉”信道,为量子信息论的深层次试验科学研究奠定基础。

    该文章内容的相互第一作者为中国科学院量子信息重点实验室的俞上博士研究生和博士生孟雨。该科学研究获得国家科技部、国家基金委、中科院、安徽的适用。

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