我科学家实现超越标准量子香农理论的量子通信

2020-02-05

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从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队在量子通信实验研究中取得重要进展，首次实现超越标准量子香农理论的量子通信。

香农理论是经典信息论的基础，其中信息载体是经典系统。20世纪40年代末，美国数学家、信息论创始人克劳德·香农根据经典物理定律建立了数据传输模型，发展出了信息论。对于建立在经典体系之上的香农信息论来说，无论是信息载体（如光子）还是通信信道本身（如光缆），都被视作经典系统。它们具有定义明确、完全可区分的状态。一直以来，物理学家都想要发展出信息论的量子版本，以探索当信息载体是量子系统时会产生什么新的可能性。

如果把信息载体推广到量子系统则得到标准的量子香农理论，它是量子通信与量子信息的基础，已经在量子信息压缩、噪声信道中的信息传输、纠缠辅助的量子通信等方面取得了极大的成功。近两年的理论研究发现，当多个信道连接顺序处于相干叠加态时，经典信息和量子信息的传输速率相比标准的量子香农理论都有进一步的提升。

受此启发，李传锋、柳必恒等人通过构造光学量子开关，实现了两个信道两种连接顺序的相干叠加等技术，使得相干叠加操作的保真度达到97%以上。在此基础上，又分别实现了经典信息和量子信息的高保真度传输，实验结果均优于标准量子香农理论通信模型（传输路径不相干叠加）的结果。

该成果近日发表在国际物理学著名学术期刊《物理评论快报》上，由李传锋、柳必恒等人与香港大学理论物理学家合作完成，首次实现了量子信道因果序的相干叠加。

该工作是国际上首个利用量子信道因果序的相干叠加实现超越标准量子香农理论的量子通信原理性实验验证，是香农理论二次量子化的重要一步，对量子计算和量子精密测量以及在量子时空的模拟中也有重要用途。

作者：常河马荣瑞

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