中國科大量子糾纏網絡研究獲重要進展 首次實現自檢驗

Bell基測量的自檢驗實驗裝置。（中國科大供圖）

中新網合肥3月12日電 (記者 吳蘭)記者12日從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子糾纏網絡的研究中取得重要進展——首次實驗演示糾纏交換過程的自檢驗。

該研究成果近日發表在國際權威期刊《物理評論快報》上。

量子糾纏是量子通信和量子計算的重要資源。在構建量子糾纏網絡的過程中，不僅需要製備高品質的量子糾纏態，還需要在節點之間進行高品質的糾纏交換，才能把各個節點糾纏起來。

糾纏交換需要通過Bell基測量來實現。比如一開始Alice這個節點上有A1和A2兩個粒子是糾纏的，Bob這個節點上B1和B2兩個粒子也是糾纏的，但是Alice和Bob的粒子之間不糾纏，Alice和Bob可以分別把A2和B2這兩個粒子(通常是光子)發送到一個約定的地點進行Bell基測量，以測量消耗掉A2和B2兩個粒子為代價，就可以使得處於不同節點的原本不糾纏的A1和B1兩個粒子糾纏起來了。與設備無關的糾纏態和Bell基測量的品質檢驗被學術界稱為糾纏的自檢驗，通過自檢驗可以在設備不可信的情況下依然保障構建的量子糾纏網絡的安全性。

此前，李傳鋒、陳耕等人已經實現了糾纏態自檢驗和高維糾纏態的自檢驗，然而對於Bell基測量，學術界一直沒有找到合適的方法來度量其品質，因而無法對其準確性進行定量表征，更無法實現對它的自檢驗。

科研人員通過把Bell基測量和糾纏態的非局域性定量聯繫在一起，在光學系統中實驗實現了與設備無關的對Bell基測量的度量。實驗中不僅包含了對糾纏交換產生的兩體糾纏的自檢驗，而且對糾纏交換前的兩對糾纏態的獨立性也進行了自檢驗。這使得實驗結果具有非常好的魯棒性，最終對Bell基測量的保真度估值達到0.87。

據悉，這是國際上首個針對Bell基測量的自檢驗的原理性驗證實驗，為實現量子糾纏網絡的自檢驗、保障量子網絡的安全性解決了關鍵難題。