Bell基測(cè)量的自檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置。(中國科大供圖)

記者3月12日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的研究中取得重要進(jìn)展——首次實(shí)驗(yàn)演示糾纏交換過程的自檢驗(yàn)。

該研究成果近日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子糾纏是量子通信和量子計(jì)算的重要資源。在構(gòu)建量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的過程中，不僅需要制備高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)，還需要在節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行高品質(zhì)的糾纏交換，才能把各個(gè)節(jié)點(diǎn)糾纏起來。

糾纏交換需要通過Bell基測(cè)量來實(shí)現(xiàn)。比如一開始Alice這個(gè)節(jié)點(diǎn)上有A1和A2兩個(gè)粒子是糾纏的，Bob這個(gè)節(jié)點(diǎn)上B1和B2兩個(gè)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(gè)粒子(通常是光子)發(fā)送到一個(gè)約定的地點(diǎn)進(jìn)行Bell基測(cè)量，以測(cè)量消耗掉A2和B2兩個(gè)粒子為代價(jià)，就可以使得處于不同節(jié)點(diǎn)的原本不糾纏的A1和B1兩個(gè)粒子糾纏起來了。與設(shè)備無關(guān)的糾纏態(tài)和Bell基測(cè)量的品質(zhì)檢驗(yàn)被學(xué)術(shù)界稱為糾纏的自檢驗(yàn)，通過自檢驗(yàn)可以在設(shè)備不可信的情況下依然保障構(gòu)建的量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的安全性。

此前，李傳鋒、陳耕等人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了糾纏態(tài)自檢驗(yàn)和高維糾纏態(tài)的自檢驗(yàn)，然而對(duì)于Bell基測(cè)量，學(xué)術(shù)界一直沒有找到合適的方法來度量其品質(zhì)，因而無法對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行定量表征，更無法實(shí)現(xiàn)對(duì)它的自檢驗(yàn)。

科研人員通過把Bell基測(cè)量和糾纏態(tài)的非局域性定量聯(lián)系在一起，在光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了與設(shè)備無關(guān)的對(duì)Bell基測(cè)量的度量。實(shí)驗(yàn)中不僅包含了對(duì)糾纏交換產(chǎn)生的兩體糾纏的自檢驗(yàn)，而且對(duì)糾纏交換前的兩對(duì)糾纏態(tài)的獨(dú)立性也進(jìn)行了自檢驗(yàn)。這使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有非常好的魯棒性，最終對(duì)Bell基測(cè)量的保真度估值達(dá)到0.87。

據(jù)悉，這是國際上首個(gè)針對(duì)Bell基測(cè)量的自檢驗(yàn)的原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn)量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的自檢驗(yàn)、保障量子網(wǎng)絡(luò)的安全性解決了關(guān)鍵難題。