近日，我校光电研究所彭堃墀院士领导的量子光学基础和应用实验室苏晓龙教授课题组与北京大学龚旗煌院士领导的现代光学研究所何琼毅研究员课题组合作，利用可分态实现量子网络中多组份量子纠缠和量子导引的确定性分发。研究成果以“Deterministic Distribution of Multipartite Entanglement and Steering in a Quantum Network by Separable States”为题于2020年12月30日发表于《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 125, 260506 (2020)]。
基于现有的技术条件，构建一个包含量子服务器和远程用户的量子网络是实现量子通信网络的一条可行途径。如何在这种量子网络中实现量子资源分发是网络用户完成量子通信和量子信息处理的一个关键问题。近期研究表明，除过从量子服务器直接分发量子资源到网络用户的方法之外，利用可分态在用户间建立量子纠缠为量子资源分发提供了另一种可行途径。其特点在于量子信道中传输的是可分态（即不存在量子纠缠），接收方通过局域量子操作和经典通信（Local operation and classical communication, LOCC）建立量子纠缠。这是一种量子资源的间接分发方式。由于信道中传输的是可分态而非纠缠态，该量子资源分发方式有可能实现量子资源的安全传输。
量子网络示意图
量子纠缠和量子导引是量子通信中重要的两种量子资源。在这项研究工作中，研究团队提出利用可分态实现多组份量子纠缠和量子导引分发的新方法，并实验实现两组份和三组份高斯量子纠缠和量子导引的确定性分发。图一为包含一个量子服务器和远程用户的量子网络示意图，图二为实验装置示意图。首先，量子服务器制备压缩态和相干态，并对压缩态和相干态做平移操作，保证其为可分态。然后，服务器将制备的可分态通过量子信道发送给远程用户。最后，用户根据服务器所发送的经典信息（获得量子资源的方式），对接收到的可分态执行分束器操作和平衡零拍探测，从而实现用户间量子纠缠和量子导引的共享。通过该方法，研究团队成功地利用可分态实现了两用户和三用户间高斯量子纠缠和量子导引的分发。此外，实验结果表明，当量子服务器是一个网络用户时，分发的量子资源对信道损耗具有鲁棒性。该工作为量子网络中量子资源的分发提供了一条可行途径，并提供了一种可行的量子网络结构。
实验装置示意图
我校青年教师王美红博士和北京大学特聘副研究员项玉博士是论文的共同第一作者，苏晓龙教授和何琼毅研究员为论文的共同通讯作者。
该项研究得到国家自然科学基金，国家重点研发计划，山西省“1331”工程重点学科建设基金，北京自然科学基金和广东省重点研发计划的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.260506