量子信道容量的不可加性首獲實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

  ICC訊 記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校郭光燦院士團(tuán)隊(duì)李傳鋒、唐建順等與合作者合作，首次設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一種特殊的“退相并擦除”量子信道，并在該量子信道中驗(yàn)證了量子相干信息的不可加性。研究成果日前發(fā)表在國(guó)際知名期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

  信道容量是衡量通信信道在噪聲環(huán)境中通信能力的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)一個(gè)量子信道而言，其信道容量的概念在傳輸不同種類信息的情況下，有多種表現(xiàn)形式，即經(jīng)典容量、私密容量和量子容量，量子容量表示信道傳輸量子信息的能力，并由相干信息的最大值來(lái)定義。經(jīng)過(guò)十余年的理論研究，人們先后發(fā)現(xiàn)量子信道的經(jīng)典容量和量子容量均具有不可加性。

  所謂不可加性就好比一個(gè)人的左耳和右耳都聽(tīng)不到聲音，但把兩只耳朵一起用時(shí)，卻能夠聽(tīng)得十分清楚。量子信道容量的不可加性雖然在理論上已經(jīng)有了充分的研究，但是要在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到“不可加”的現(xiàn)象卻十分困難。在常見(jiàn)的量子信道中，不可加性的效應(yīng)十分微弱，難以實(shí)驗(yàn)觀測(cè)。

  為了能實(shí)際觀測(cè)到這一現(xiàn)象，研究人員在實(shí)驗(yàn)上構(gòu)建了一種同時(shí)具有“退相”和“擦除”性質(zhì)的量子信道，即“退相并擦除”量子信道，首次明顯且直接地觀測(cè)到了量子容量中相干信息的不可加性。研究人員搭建了一套具有n次復(fù)用能力的量子信道，研究發(fā)現(xiàn)，在使用雙重和三重復(fù)用的信道時(shí)，其相干信息與在使用單重復(fù)用信道下測(cè)得的結(jié)果存在著明顯的差值：在單重復(fù)用信道下測(cè)得相干信息量為零的情況下，雙重和三重復(fù)用信道下的相干信息依舊存在。這就證明了量子相干信息的不可加性。

  該成果對(duì)證明量子相干信息的不可加性和量子信道容量的測(cè)量都具有重要意義。審稿人評(píng)價(jià)“該實(shí)驗(yàn)研究對(duì)信息科學(xué)和量子技術(shù)領(lǐng)域都會(huì)有很大的幫助”。該工作構(gòu)建了“退相并擦除”信道，為量子信息論的深入實(shí)驗(yàn)研究打下基礎(chǔ)。