三維時間片最大糾纏態的最優檢測

曹睿, 袁晨智, 沈思, 張子昌, 范云茹,李加睿, 李浩, 尤立星, 周強, 王子竹?

(1 電子科技大學基礎與前沿研究院, 四川 成都 610054;2 中國科學院上海微系統與信息技術研究所, 上海 200050)

0 引 言

隨著量子信息理論的發展,量子糾纏被認為是一種重要資源[1,2],在量子密鑰分發[3]、量子隱形傳態[4]和量子密集編碼[5]等研究領域都有潛在的應用價值。近年來,高維糾纏態的制備與應用為量子信息科學的發展注入了新的活力[6?9]。相較于二維糾纏態,高維糾纏態能夠提供更強的容錯能力與信息編碼密度[10],還可以顯著提高量子密鑰分發協議的成碼率[11]和信道容量[10,12]。得益于光量子技術的不斷改進與非線性光學晶體制備技術的新進展,在光子系統中實現高維糾纏態的方法可以利用光子的空間路徑[13?16]、軌道角動量[15,17]、時間片自由度[8,18],以及它們之間的組合來實現[9,19]。

如何實現高維糾纏的最優檢測是量子信息領域的熱門課題,其中一種較為高效的檢驗方法是糾纏見證[20?23],其能用比量子態層析更少的測量設置和測量次數來實現對量子態糾纏性質的認證。已報道的高維糾纏檢測的實驗方法主要基于保真度的糾纏見證算符來實現,但該方案仍存在無法對所有糾纏態進行檢測的困難[24]。即使針對能夠利用該方案認證糾纏的量子態,其實驗過程中所要完成的測量組合也可能不是最優的[22],隨著糾纏態的糾纏維度逐漸增加,針對糾纏見證算符的分解也將越來越困難[25]。另一方面,在糾纏源的保真度不夠高或者不穩定的情況下,利用基于保真度的糾纏見證算符檢測目標量子態的糾纏是非常困難的。……