记者从中国科学技术大学获悉，郭广灿院士团队在高维量子通信研究方面取得重要进展。团队中的李传峰、刘课题组与奥地利科学院马库斯休伯教授课题组合作，首次实现了高保真度的32维量子纠缠态。
与0和1的二维系统相比，高维量子纠缠态在信道容量方面具有很大的优势。然而，要实现这一优势，需要实现高保真、高维量子纠缠态的制备、传输和测量。此前，人们广泛使用轨道角动量、时间或频率自由度进行编码，但未能解决高维量子纠缠态的制备、传输和测量问题。
李传锋、刘等研究者采取了不同的方法。自2016年以来，他们采用了光子路径自由编码，并取得了一系列突破，包括制备高保真三维纠缠态和演示超过两位通道容量限制的量子密集编码。现在，研究人员已经采用商用多芯光纤来解决高维纠缠的传输问题，实现了4维量子纠缠态在11 km光纤中的有效传输。
然而，随着维数的增加，量子系统的复杂性以及操纵和测量的难度都急剧增加。“一位可以携带二维信息，五位可以携带二的五次方——，即32维信息。渠道容量飙升，但信息的准确性更难保证，失真率大幅上升。”李传峰说。
为了解决这些问题，李传峰和刘设计了一种紧凑型分束器来实现分束和合束，并利用空间光调制器来精确调制每束光束的强度和相位。他们与奥地利科学院马库斯休伯教授的研究小组合作，从理论上提出了一种高效的高维纠缠态认证方法。对于32维纠缠态，完整的量子态层析技术需要100万次测量才能确定量子态信息，而这种新方法只需要1000次测量。
通过实验，课题组实现了32维量子纠缠态，测得其保真度为0.933。在保持高保真度的条件下，创造了一个新的量子纠缠态量纲世界记录。国际知名学术期刊《物理评论快报》于8月28日公布了这一结果。
李传峰介绍说，这一研究进展显著提高了量子通信的信道容量，为研究高维系统中的量子物理基本问题奠定了重要基础。
