量子糾纏是實現量子通信的重要基礎，但糾纏態非常脆弱容易消失。近期，中國科學技術大學郭光燦院士團隊的李傳鋒、柳必恒研究組與南京郵電大學合作，用一種巧妙的方法將兩對低糾纏度的糾纏態“純化”成一對高糾纏度的糾纏態，并首次實現了11公里的遠距離量子糾纏純化，純化效率比此前國際最好水平提升了6000多倍。
量子糾纏態極其脆弱，環境噪聲、光纖抖動等都會導致糾纏純度降低，這是制約實現遠程量子通信的關鍵技術障礙。
“在實際傳輸過程中，量子糾纏的純度降低幾乎不可避免。但是，只有糾纏度比較高的時候才有用，太低就失去了作用。”李傳鋒教授說，他們近期設計出一種新技術方案，嘗試將兩對低糾纏度的糾纏態“純化”成一對高糾纏度的糾纏態，從而解決純度降低的問題。
用這種新方法，科研人員實驗制備出超糾纏光子對，一對光子就可攜帶兩對糾纏態，并在11公里長的多芯光纖里進行糾纏分發，然后實施純化操作。實驗結果表明，當分發后的偏振糾纏和路徑糾纏初始保真度均為約0.665時，純化得到的糾纏態保真度可以提升到0.774;初始保真度均為約0.771時，純化后的保真度可提升到0.887。將糾纏純化用于量子密鑰分發，有效密鑰率可從0提升到0.371。
由于新方案只需使用一對超糾纏光子對，該方案的純化效率達到每秒約輸出400對，比此前國際上的最好水平提升了6000多倍。
該成果邁出了糾纏純化技術從實驗室到應用的關鍵一步，大幅提升了純化效率，為將來實現高效率的遠距離量子通信提供了技術保障。
國際知名學術期刊《物理評論快報》日前發表了該成果。