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对于纠缠不清的国家而言,“成为CT”可以使未来的量子网络更加安全

上传时间:2019-03-21
原标题:纠缠状态下的“成为CT”,使未来的量子网络更加安全

地图的受访者

在量子通信研究领域,中国已经在轨道上处于领先地位。无论是理论研究,技术应用和项目实施,它都已在世界上处于领先地位。两个多月前,在“不可信”测量设备的条件下,中国科大成员李传锋,陈耕,张文豪等,实验学会了未知量子纠缠态的保真度,并首次实现了量子纠缠态。世界。测试。研究结果发表在国际权威杂志“物理评论快报”上。

最近,郭光灿院士小组再次在物理评论信中发表了一篇论文,该论文定量地将量子纠缠态的非局域性与贝尔基测量联系起来,从而首次在国际上实现了贝尔基测量的自测。纠缠交换过程。

不再依赖于测量设备的可靠性

要实现量子通信和量子计算,首先必须实现量子纠缠,但如何测量量子之间是否形成“纠缠态”已成为量子场中科学家的难题。

量子通信的一个特征是它具有高密度,但它不是绝对无机的。还有一些微妙的漏洞,技术人员必须弥补这些缺陷。例如,用于测量纠缠态信息的量子态断层摄影方法类似于医院的CT扫描。 “增强层扫描”重建纠缠态的形式,然后获得重要信息,例如纠缠态的保真度。然而,该方法依赖于测量设备的准确性和可靠性,并且不能用于进行需要安全的量子信息任务。例如,如果量子通信的检测设备受到窃听者的控制,则它将受到量子通信机密性的威胁。

为了解决这个问题并弥补缺陷,科学家们提出了纠缠测量方法,如“贝尔不等式违规”,它可以在不依赖于检测设备可靠性的情况下进行量子纠缠自检。但是,国际学术界做了大量的理论研究,相关实验仍然是空白。

中国科技大学郭光灿院士团队李传锋等。巧妙地设计了一种新方法,实验实现了2位和3位量子纠缠态的自测实验。他们在测量设备“不可靠”的条件下,在量子纠缠态的不同条件下获得了未知量子态的保真度信息,并与传统的量子态层析成像结果进行了比较,证明了自测结果的可靠性。性别。

“这是世界上第一个具有'高可靠性,抗干扰'特性的自测试验,为自测对各种量子信息过程的应用以及量子通信和量子计算研究的进步奠定了重要基础。 “。中科院量子信息重点实验室教授韩正甫告诉“科学日报”记者。

纠结的交换自测,“敲打花”并没有扭曲

量子纠缠是量子通信和量子计算的重要资源。在构造量子纠缠网络的过程中,不仅需要准备高质量的量子纠缠态,而且还需要在节点之间进行高质量的纠缠交换,以便争取每个节点。起床。“中科院量子信息重点实验室黄安琪科技日报博士告诉记者,要建立量子纠缠网络的关键步骤,有必要在不同的节点之间建立纠缠。由于传输的丢失通道,地面上量子纠缠分布的距离目前限制在100公里左右。

“如果你想纠缠超出这个距离的两个节点,你需要量子中继,这通常是通过纠缠交换过程实现的。”黄安琪告诉记者,纠缠交换专门指的是两个独立的节点A和B.准备一对纠缠光子,然后将其中一个发送到中间节点C进行贝尔状态测量。然后由A和B保持的剩余两个光子将被纠缠。通过继续扩展该方法,理论上可以实现长距离纠缠分布。

“但在实际操作过程中,纠缠态和纠缠交换不可能是完美的,这最终将成为限制纠缠网络尺寸和传输距离的重要因素,因此有必要对纠缠态的质量进行测试。纠缠交流。“黄安琪说。

由于量子网络需要高水平的安全通信以进行安全通信,因此甚至需要假设所使用的测量装置不是完全可靠的,因此难以通过常规手段直接实现该测试。近年来,学术界已经发现,通过利用独立于测量装置的非局部检测的特性,可以实现纠缠态和纠缠交换的质量检查,这被称为自检。

“如果没有自检,就会有相应的风险。窃听者可以控制我们的测量设备的输出。让我们认为量子纠缠网络是从数据建立的,但是当它真正应用时,它是发现。根本没有纠缠,量子网络瘫痪。“黄安琪说,通过自检过程,即使测量设备不可信,只要我们判断纠缠网络已经建立,整个网络真是纠缠不清。

“这个过程有点类似于计算机开始工作前病毒的扫描自检。量子纠缠网络还必须首先检查节点之间是否真正建立纠缠,然后在确认后开始工作。”黄安琪说。

填补纠缠交换自测研究的空白

“国际纠缠自测的第一个实验也是由我们小组完成的。”韩正甫告诉记者,此前关于自我测试的学术研究主要集中在各种形式的纠缠自我测试问题上,但对于纠缠,自我检查研究的交流一直是空白。

“世界上第一次纠缠交换自我测试的关键是我们做了两件事。”韩正甫说他们首先定量地将纠缠交换的保真度与所使用的纠缠态的非局部性联系起来。这样,有一种方法可以将与测量装置无关的非局部检测的特性转换为纠缠交换的自检;此外,他们这次进行的自测过程包括纠缠交换前的两对纠缠光子。独立性检验还包括纠缠交换后建立的纠缠保真度的自检,使实验结果具有良好的稳定性,可以完全容忍实验误差。

“因此,我们的工作是世界上第一个成功展示纠缠交换过程自我测试的实验。通过纠缠态的自检和纠缠交换过程的自检,可以实现整个纠缠网络的自检。“韩正甫说。