近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子通信研究中取得新进展，该团队李传锋、柳必恒等人首次利用四维纠缠态实现量子密集编码，达到2.09的信道容量，创造了当前国际最高水平。该成果充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势，于7月20日发表在国际权威期刊《科学-进展》上。
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量子密集编码是最重要的量子保密通信过程之一。以比特系统为例，初始时A和B两人共享一对纠缠光子，A编码2比特的经典信息在其光子上，并把光子发送到B，然后B对其手里的两个光子进行贝尔基测量，解码得到A发送的2比特信息。在这个过程中，A只发送了1个量子比特到B，但是B却接收到了2比特的经典信息。
衡量密集编码的重要指标是信道容量，即A向B发送一个光子所能传输的比特数。在比特系统中，量子密集编码的信道容量极限为2。量子密集编码的思想自1992年提出，1996年在光学系统中首次实现。由于无法实现完全的贝尔基测量，当时利用一对纠缠光子仅传送1.13个经典比特，即信道容量为1.13。2008年，利用超纠缠，量子密集编码的信道容量被提升到1.63 。2017年，基于完全的贝尔基测量，这一纪录才被更新为1.665。
据悉，与比特系统的二维纠缠相比，高维纠缠具有信道容量高、抵抗窃听能力强等优势，近年来被学术界广泛关注。李传锋、柳必恒等人在自主研制的高品质三维纠缠源基础上，进一步制备出偏振-路径复合的四维纠缠源，保真度达到98%。他们利用这种四维纠缠源成功识别了五类贝尔态，并实验演示了量子密集编码，把量子密集编码的信道容量纪录提升到了2.09，超过了两维纠缠能达到的理论极限2，充分展示了高维纠缠在量子通信中的优势，为高维纠缠在量子信息领域的深入研究打下了重要基础。
文章来源：中国青年报
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