開放系統中的量子信息過程實驗研究

《開放系統中的量子信息過程實驗研究》是依託中國科學技術大學，由柳必恆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：開放系統中的量子信息過程實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：柳必恆
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

量子信息過程的套用不能獨立於環境而存在，人們很難找到一個不受外界影響的絕對孤立系統。因此，實際的量子信息過程都是在一個開放的，與環境有相互作用的系統中。由於開放系統的複雜性，以前的量子信息過程都是儘量降低環境對量子系統的影響，從而逼近一個孤立體系的近似。我們最近的工作表明，開放系統對量子系統的影響不僅是使得量子系統退相干，還有可能使得量子系統由無量子糾纏狀態恢復到有量子糾纏狀態，並實現了對開放系統這種能力（非馬爾科夫性）的度量和控制。本項目擬在前面工作的基礎上，利用開放系統的這種特殊反饋作用，提高量子糾纏在開放系統中的生存能力，並用來研究開放系統中的量子信息過程。預計該項目的順利實施能有效提高人們在實際開放系統中傳輸量子信息過程的能力，為實用化的量子信息過程提供實驗依據。

結題摘要

量子信息學經過幾十年的發展，已經在相關理論和實驗方面取得較大進展。然而，在真實的開放系統中，量子信息學的核心資源——量子糾纏容易受到環境的干擾，從而失去量子特性，這對量子信息學的套用是一個極大的挑戰。近來，人們發現開放系統對量子系統的影響不僅是使得量子系統退相干，還有可能使得量子系統的相干性增強，這類特殊的性質稱為非馬爾科夫性。我們在實驗上定量測量了環境的非馬爾科夫性，並實現了對環境的非馬爾科夫性的調控。基於此，我們擬充分利用對環境非馬爾科夫性的調控能力，研究在非馬爾科夫信道下的量子信息過程，從而為實用化的量子信息過程打下基礎。具體研究內容包括：（1）實現非局域的量子糾纏恢復，（2）研製新型的頻譜一致性較好的糾纏光源，（3）開放系統中的量子信息過程等。針對該研究內容，我們取得如下研究進展：（1）實驗實現了脈衝泵浦條件下，非局域的量子糾纏恢復，並給出了糾纏恢復能力與泵浦光線寬（脈寬）的依賴關係，從而為後面進行開放系統量子信息任務打下堅實的基礎，（2）實驗上製備出了頻譜一致性的糾纏光源（雙光子糾纏源保真度達到99%），基於此，我們製備出高質量的六光子GHZ糾纏態，其保真度達到88%，從而實現了世界上最高的六光子糾纏，並用來檢驗六光子的非局域型，（3）基於非局域非馬爾科夫信道，實現高效的量子密集編碼，編碼的最大信道容量達到1.89，接近採用最大糾纏態的理論上限2，（4）實驗發現在噪聲信道下量子糾纏不變而量子非局域性單調減少的新奇現象，（5）實驗製備出高質量路徑三位糾纏態，並用來實現無相容性漏洞的量子互文性的檢驗。（6）量子互文性產生量子非局域性的實驗觀測等。在該項目的支持下，申請人共發表SCI學術論文17篇，其中Physical Review Letters三篇，Physical Review Applied兩篇，Physical Review A六篇，Optics Express，Scientific Reports等六篇。獲批一項中國發明專利。