苏晓龙教授研究组在量子导引提纯方面取得重要进展

近期，实验室苏晓龙教授研究组和南京大学现代工程与应用科学学院张利剑教授研究组合作实现了高斯量子导引的提纯。研究成果于4月13日，以“Distillation of Gaussian Einstein-Podolsky-Rosen steering with noiseless linear amplification”为题发表于npj Quantum Information 8, 38 (2022)。

高斯量子导引提纯实验示意图

在量子通信中，量子资源在信道中传输时与环境相互作用，信道中不可避免的损耗和噪声会引起量子资源的退相干。保护量子资源不受退相干的影响对于量子通信和量子信息处理十分重要。研究表明，纠缠提纯可以有效对抗量子纠缠的退相干，保护量子纠缠。量子导引具有比量子纠缠更强的关联特性，并且对环境更加敏感。因此，实现量子导引的提纯对于以量子导引作为量子资源的量子通信具有重要意义，同时具有极大的挑战性。

苏晓龙教授研究组与南京大学张利剑教授研究组合作开展了损耗和噪声信道高斯量子导引提纯的研究。对于经过损耗和噪声信道传输的双模压缩态光场，利用无噪声线性放大实现了高斯量子导引的提纯，如图一所示。研究发现，基于测量的无噪声线性放大有效提高了损耗和噪声信道的高斯量子导引。值得注意的是，与纠缠提纯不同，量子导引的提纯具有方向性。该工作分析比较了分别基于Bob和Alice的测量结果实现基于测量的无噪声线性放大时，高斯量子导引提纯的结果。基于Bob的测量结果完成无噪声线性放大可以扩展单向量子导引（即Bob对Alice的量子导引）的区域；而基于Alice的测量结果完成无噪声线性放大可以扩展双向量子导引的区域。同时，该研究将基于测量的无噪声线性放大应用于单方设备无关量子秘钥分发秘钥速率的提高。该工作对于实现基于量子导引的量子通信任务具有重要意义。

刘阳博士和郑凯敏博士为该论文的共同第一作者，山西大学苏晓龙教授和南京大学张利剑教授为论文的共同通讯作者。该项研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山西省“1331”工程重点学科建设基金的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41534-022-00549-9

近年来，苏晓龙教授研究组围绕高斯量子导引这一研究方向，与北京大学何琼毅教授研究组、南京大学张利剑教授研究组合作完成了系列研究工作。相继实验实现了高斯cluster态量子导引分发并验证了单配性关系[Phys. Rev. Lett. 118, 230501 (2017)]，实现了高斯量子导引方向的操控[Phys. Rev. A 95, 052114 (2017)]，发展了基于可分态传输实现量子网络中高斯量子导引分发的新方法[Phys. Rev. Lett. 125, 260506 (2020)]，研究了噪声信道高斯量子导引的死亡和恢复[npj Quantum Information 7, 65 (2021)]，完成了轨道角动量复用的高斯量子导引在噪声信道的分发[Photon. Res. 10, 777 (2022)]，并实现了高斯量子导引的提纯[npj Quantum Information 8，38 (2022)]。所取得的研究成果推动了量子导引领域的发展。