我國科學家實現(xiàn)超越標準量子香農(nóng)理論的量子通信

記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子通信實驗研究中取得重要進展，首次實現(xiàn)超越標準量子香農(nóng)理論的量子通信。

香農(nóng)理論是經(jīng)典信息論的基礎，其中信息載體是經(jīng)典系統(tǒng)。20世紀40年代末，美國數(shù)學家、信息論創(chuàng)始人克勞德·香農(nóng)根據(jù)經(jīng)典物理定律建立了數(shù)據(jù)傳輸模型，發(fā)展出了信息論。對于建立在經(jīng)典體系之上的香農(nóng)信息論來說，無論是信息載體(如光子)還是通信信道本身(如光纜)，都被視作經(jīng)典系統(tǒng)。它們具有定義明確、完全可區(qū)分的狀態(tài)。一直以來，物理學家都想要發(fā)展出信息論的量子版本，以探索當信息載體是量子系統(tǒng)時會產(chǎn)生什么新的可能性。

如果把信息載體推廣到量子系統(tǒng)則得到標準的量子香農(nóng)理論，它是量子通信與量子信息的基礎，已經(jīng)在量子信息壓縮、噪聲信道中的信息傳輸、糾纏輔助的量子通信等方面取得了極大的成功。近兩年的理論研究發(fā)現(xiàn)，當多個信道連接順序處于相干疊加態(tài)時，經(jīng)典信息和量子信息的傳輸速率相比標準的量子香農(nóng)理論都有進一步的提升。

受此啟發(fā)，李傳鋒、柳必恒等人通過構造光學量子開關，實現(xiàn)了兩個信道兩種連接順序的相干疊加等技術，使得相干疊加操作的保真度達到97%以上。在此基礎上，又分別實現(xiàn)了經(jīng)典信息和量子信息的高保真度傳輸，實驗結果均優(yōu)于標準量子香農(nóng)理論通信模型(傳輸路徑不相干疊加)的結果。

該工作是國際上首個利用量子信道因果序的相干疊加實現(xiàn)超越標準量子香農(nóng)理論的量子通信原理性實驗驗證，是香農(nóng)理論二次量子化的重要一步，對量子計算和量子精密測量以及在量子時空的模擬中也有重要用途。