量子通訊能夠感知竊聽，可為國家資訊保安提供保障。但是量子通訊在傳輸時，會受噪聲影響而退化，這不僅嚴重影響通訊質量，同時還威脅通訊安全。為了保證量子通訊準確無誤，能不能對被噪聲“汙染”的量子糾纏進行高效率“提純”呢？
近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒教授、柳必恆教授研究組與南京郵電大學電子與光學工程學院、柔性電子（未來技術）學院盛宇波教授等人合作，首次在實驗室實現了確定的糾纏純化，純化效率理論上可提高10億倍，為未來高效率量子中繼提供有力技術支撐。該成果已線上發表於國內的自然科學綜合性國際期刊《Science Bulletin》上。
據瞭解，由於其重要性，量子糾纏純化理論吸引了諾貝爾獎獲得者、沃爾夫獎獲得者、狄拉克獎獲得者等一大批國際頂尖科學家的關注。然而，此前國外的相關實驗，為了提高保真度，需要重複純化大量低保真度的量子糾纏，且這種純化存在失敗的機率，失敗後就需重新進行。這使其純化效率低，速度慢。對此，美國科學院院士米哈伊爾·盧金也曾指出，受限於糾纏純化，對長距離量子通訊來說，第一代量子中繼速度變得非常慢。
但相關研究也發現，不同種類的量子糾纏，抵抗噪聲“汙染”的能力也不同。例如，極化糾纏比較易操控，可用於編碼，但是在傳輸過程中易受噪聲影響。而空間、時間、頻率糾纏則較為穩定，不易受噪聲干擾。
由此，盛宇波和北京師範大學鄧富國教授早前提出了確定的糾纏純化理論，即首先構造空間—極化兩個自由度的超糾纏，用不易受噪聲干擾的空間糾纏，來“提純”極化糾纏。純化後，空間糾纏消失，但確定能獲得高質量的極化糾纏。這得到了最早開展量子糾纏純化實驗的美國科學院外籍院士安東·塞林格的認可，認為有可能實現。
柳必恆（左）、盛宇波（中）、胡曉敏（右）在實驗室內。圖片由盛宇波提供。
確定糾纏純化實驗原理圖。圖片由盛宇波提供。
根據這一理論，此次中國科學技術大學和南京郵電大學的兩個團隊合作，首先在實驗室製備了空間—極化超糾纏。隨後實驗人員在極化糾纏上加上噪聲，再經純化操作後，極化糾纏的保真度從0.268一下就提高到了0.989。
據盛宇波介紹，位元翻轉錯誤和相位翻轉錯誤，是量子糾纏中常見的兩類錯誤。以純化一次位元翻轉錯誤和一次相位翻轉錯誤為例，採用傳統方式，至少需要4對糾纏，成功機率約為10−12，而採用此次新的方法，僅需要一對超糾纏，即可實現純化。從理論上估算，純化效率可提高10億倍，這對於提高量子中繼速度十分有利，能夠為未來的長距離量子通訊提供技術支撐。（光明日報全媒體記者詹媛）
