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中国科大首次实验实现量子信息掩蔽

时间:2021-07-26 10:58:50

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      中国科学技术大学郭光灿院士团队在光量子信息处理领域取得重要进展。该团队李传锋、许金时等人与上饶师范学院李波、梁晓斌,南开大学陈景灵合作,实验实现了光量子信息的掩蔽,成功地将量子信息隐藏到非局域的量子纠缠态中。该成果2021年4月30日发表在国际知名期刊《物理评论快报》上。

      量子信息掩蔽(quantum information masking)是近期发展起来的一种信息处理协议,它将量子信息由单个量子载体完全转移到多个载体间的量子纠缠态上,这样一来,仅从单个载体上将提取不到任何信息。2018年的一项研究证明,不能实现对所有量子态都成立的量子信息掩蔽,幸运的是能够实现掩蔽的量子态仍然是相当丰富的。量子信息掩蔽不仅在量子秘密共享,量子比特承诺等实际量子信息任务中具有广泛应用,也有助于对量子信息守恒等基本问题的理解。

      利用线性光学研究平台,李传锋、许金时研究组首次实验实现了量子信息掩蔽。研究组研究发现光学系统中的光子熔接门与掩蔽操作存在对应关系,通过构造光子熔接门,成功地实现了光子偏振态的量子信息掩蔽,把单光子携带的量子态隐藏到了两个光子的量子纠缠态中。实验结果表明纠缠态与理论值相比较,保真度达到97.7%。研究组进一步基于量子信息掩蔽实现了三方量子秘密共享,并用来完成简单图像的安全传输。研究组还结合先前的实验工作,利用量子信息掩蔽操作构造出无消相干子空间,展现了量子信息掩蔽在容错量子通信上的应用价值。

      该成果展示了量子信息掩蔽作为一种全新的量子信息处理协议的可行性,对保密量子通信的理论研究和实际应用都具有重要意义。

      该工作的共同第一作者为中科院量子信息重点实验室的博士研究生刘正昊、上饶师范学院的梁晓斌老师和中科院量子信息重点实验室的孙凯特任副研究员。本研究得到科技部、国家基金委、中国科学院、安徽省的支持。


量子信息掩蔽的工作原理和实验实现。(a)逻辑线路图,(b)实验装置图。