量子通信能够感知窃听，可为国家信息安全提供保障。但是量子通信在传输时，会受噪声影响而退化，这不仅严重影响通信质量，同时还威胁通信安全。为了保证量子通信准确无误，能不能对被噪声污染的量子纠缠进行高效率提纯呢？ 近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋教授、柳必恒教授研究组与南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院盛宇波教授等人合作，首次在实验室实现了确定的纠缠纯化，纯化效率理论上可提高10亿倍，为未来高效率量子中继提供有力技术支撑。该成果已在线发表于国内的自然科学综合性国际期刊《ScienceBulletin》上。 据了解，由于其重要性，量子纠缠纯化理论吸引了诺贝尔奖获得者、沃尔夫奖获得者、狄拉克奖获得者等一大批国际顶尖科学家的关注。然而，此前国外的相关实验，为了提高保真度，需要重复纯化大量低保真度的量子纠缠，且这种纯化存在失败的概率，失败后就需重新进行。这使其纯化效率低，速度慢。对此，美国科学院院士米哈伊尔卢金也曾指出，受限于纠缠纯化，对长距离量子通信来说，第一代量子中继速度变得非常慢。 但相关研究也发现，不同种类的量子纠缠，抵抗噪声污染的能力也不同。例如，极化纠缠比较易操控，可用于编码，但是在传输过程中易受噪声影响。而空间、时间、频率纠缠则较为稳定，不易受噪声干扰。 由此，盛宇波和北京师范大学邓富国教授早前提出了确定的纠缠纯化理论，即首先构造空间极化两个自由度的超纠缠，用不易受噪声干扰的空间纠缠，来提纯极化纠缠。纯化后，空间纠缠消失，但确定能获得高质量的极化纠缠。这得到了最早开展量子纠缠纯化实验的美国科学院外籍院士安东塞林格的认可，认为有可能实现。 柳必恒（左）、盛宇波（中）、胡晓敏（右）在实验室内。图片由盛宇波提供。 确定纠缠纯化实验原理图。图片由盛宇波提供。 根据这一理论，此次中国科学技术大学和南京邮电大学的两个团队合作，首先在实验室制备了空间极化超纠缠。随后实验人员在极化纠缠上加上噪声，再经纯化操作后，极化纠缠的保真度从0。268一下就提高到了0。989。 据盛宇波介绍，比特翻转错误和相位翻转错误，是量子纠缠中常见的两类错误。以纯化一次比特翻转错误和一次相位翻转错误为例，采用传统方式，至少需要4对纠缠，成功概率约为1012，而采用此次新的方法，仅需要一对超纠缠，即可实现纯化。从理论上估算，纯化效率可提高10亿倍，这对于提高量子中继速度十分有利，能够为未来的长距离量子通信提供技术支撑。（光明日报全媒体记者詹媛）
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