面对高噪声的基于纠缠的量子通信路径

       量子密钥分发(QKD)是量子信息理论最突出、最成熟的应用之一。它可以用来在双方之间建立一个共享的、私有的随机比特串，然后用来加密信息。基于纠缠的量子通信在实际的秘密共享密钥分发中提供了更高的安全性。实现这种安全性的基本原理之一——干扰一个光子将破坏纠缠，从而被探测到——也是最大的障碍。旅行光子的随机相遇、损耗和技术上的不完善使噪声成为任何量子通信方案中不可避免的一部分，严重限制了距离、密钥速率和量子密钥分配所能采用的环境条件。

       近日，来自中国科学技术大学中国科学院量子信息重点实验室的Xiao-Min Hu等人给出了一个基于纠缠的高维量子密钥分发（HDQKD）协议的第一个实验演示，该协议对分布式状态没有任何假设。最近的研究表明，高维纠缠，即多自由度纠缠，与低维纠缠相比，对真实物理噪声的抵抗能力更强。这导致了QKD协议的提出，在高维状态的多个子空间中同时编码，从理论上预测了在前所未有的噪声水平下建立安全密钥的可能性。最近的一个突破是开发了用于创建和操作路径纠缠的实验装置，它允许实现具有高保真度的真实多结果测量。他们集中了上述想法，使用八维路径纠缠和双边八结果测量来实现前者中引入的协议。他们表明，即使在后处理后，密钥率超过1位/次，即，每个检测对建立的密钥将超过可能在一个完美和无噪声的量子位编码。此外，他们通过在实验中加入人工噪声来准备一个完整的状态族，充分探索了该协议可实现的抗噪声能力。相关研究工作发表在《Physical Review Letters》上。（詹若男）

       文章链接：Xiao-Min Hu et al. Pathways for Entanglement-based Quantum Communication in the Face of High Noise. Phys. Rev. Lett 127, 110505 (2021) DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.110505