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超過20Mbps！我學者在高速量子通信方面取得重要進展
2024年04月09日 14:04:23
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：10414
近日，山西大學光電研究所彭堃墀院士領(lǐng)導的賈曉軍團隊在寬帶量子光場制備及應用研究方面取得了重要進展。研究團隊通過系列技術(shù)改進，成功制備了有效帶寬超80兆赫茲的寬帶壓縮態(tài)光場，并對半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器展開研究。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】量子態(tài)光場是開展量子信息技術(shù)研究的重要量子資源。連續(xù)變量量子態(tài)光場具有確定性產(chǎn)生，高效率探測和與經(jīng)典通信系統(tǒng)高度兼容的特點，特別適合于開展高速量子信息任務。
隨著相關(guān)研究的深入開展，制備更高帶寬的量子態(tài)光場成為開展實用化量子通信技術(shù)的前提，而非經(jīng)典光場的制備系統(tǒng)—光學參量放大器的帶寬是量子態(tài)光場帶寬的重要限制因素。
近日，山西大學光電研究所彭堃墀院士領(lǐng)導的賈曉軍團隊在寬帶量子光場制備及應用研究方面取得了重要進展。研究團隊通過系列技術(shù)改進，成功制備了有效帶寬超80兆赫茲的寬帶壓縮態(tài)光場，并對半設(shè)備無關(guān)量子隨機數(shù)發(fā)生器展開研究。
隨機數(shù)在科學研究和日常生活中都有重要應用，比如在信息安全和密碼學等領(lǐng)域，需要第三方完全不知道的隨機數(shù)作為安全性的基礎(chǔ)。量子力學因為其物理過程具有“內(nèi)稟隨機性”而可以用于產(chǎn)生量子隨機數(shù)。量子隨機數(shù)發(fā)生器具有不可預測性、不可重復性和無偏性等特征，是量子通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵核心器件。
寬帶壓縮態(tài)的反壓縮分量噪聲是實現(xiàn)高速率量子隨機數(shù)發(fā)生器的一個理想熵源。該團隊基于熵不確定性原理，利用寬帶壓縮態(tài)光場實現(xiàn)了在帶寬受限情境下超越真空噪聲量子隨機數(shù)產(chǎn)生速率的隨機數(shù)發(fā)生器。
量子密集編碼是一種利用量子糾纏實現(xiàn)的信息傳輸協(xié)議，它能夠?qū)⑿诺廊萘刻岣叩浇?jīng)典信息理論的上限的兩倍。在量子密集編碼中，發(fā)送方和接收方共享一對糾纏的量子比特，通過發(fā)送一個量子比特的信息來傳輸兩個經(jīng)典比特的信息。這種編碼方案在理論上能夠突破傳統(tǒng)信道容量的極限。
團隊利用兩束壓縮光耦合得到的寬帶糾纏態(tài)光場，結(jié)合經(jīng)典的光載射頻通信技術(shù)和數(shù)字調(diào)制技術(shù)，將量子密集編碼的通信速率大大提高，實現(xiàn)了速率超過20Mbps的高速量子通信。
該研究方法一定程度上彌合了量子通信技術(shù)與實際應用之間的差距，為在現(xiàn)實世界中實現(xiàn)量子增強的通信系統(tǒng)和未來量子城域通信網(wǎng)絡的建設(shè)提供了參考。目前相關(guān)研究成果發(fā)表于《npj-量子信息》期刊。
(資料來源：科技日報)
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