光量子信息處理領(lǐng)域重要進(jìn)展！中國科大首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)量子信息掩蔽

  來自中國科大的消息顯示，中國科大郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、許金時(shí)等人與上饒師范學(xué)院李波、梁曉斌、南開大學(xué)陳景靈合作，在光量子信息處理領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了光量子信息的掩蔽，成功地將量子信息隱藏到非局域的量子糾纏態(tài)中。

  據(jù)了解，量子信息掩蔽 (quantum information masking) 是近期發(fā)展起來的一種信息處理協(xié)議，它將量子信息由單個(gè)量子載體完全轉(zhuǎn)移到多個(gè)載體間的量子糾纏態(tài)上，這樣一來，僅從單個(gè)載體上將提取不到任何信息。此前的研究證明雖不能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有量子態(tài)都成立的量子信息掩蔽，但能夠?qū)崿F(xiàn)掩蔽的量子態(tài)仍是相當(dāng)豐富的。量子信息掩蔽不僅在量子秘密共享、量子比特承諾等實(shí)際量子信息任務(wù)中具有廣泛應(yīng)用，也有助于對(duì)量子信息守恒等基本問題的理解。

  利用線性光學(xué)研究平臺(tái)，研究組首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子信息掩蔽。研究組研究發(fā)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)中的光子熔接門與掩蔽操作存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過構(gòu)造光子熔接門，成功地實(shí)現(xiàn)了光子偏振態(tài)的量子信息掩蔽，把單光子攜帶的量子態(tài)隱藏到了兩光子的量子糾纏態(tài)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明糾纏態(tài)與理論值相比較，保真度達(dá)到97.7%。

量子信息掩蔽的工作原理和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。(a)邏輯線路圖，(b)實(shí)驗(yàn)裝置圖

  基于量子信息掩蔽，研究組進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了三方量子秘密共享并用來完成簡單圖像的安全傳輸。

  除此之外，研究組結(jié)合先前的實(shí)驗(yàn)工作，利用量子信息掩蔽操作構(gòu)造出無消相干子空間，展現(xiàn)了量子信息掩蔽在容錯(cuò)量子通信上的應(yīng)用價(jià)值。

  該成果于2021年4月30日在國際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上發(fā)表。成果展示了量子信息掩蔽作為一種全新的量子信息處理協(xié)議的可行性，對(duì)保密量子通信的理論研究和實(shí)際應(yīng)用都具有重要意義。

  該工作的共同第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生劉正昊、上饒師范學(xué)院的梁曉斌老師和中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的孫凱特任副研究員。本研究得到科技部、國家基金委、中國科學(xué)院、安徽省的支持。

  論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.170505