中国科学技术大学教授、中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在量子信道的研究中取得新进展。该实验室李传锋、许金时研究组与其合作者深入研究噪声信道量子容量的激活问题，在实验上首次实现了零容量量子信道中量子信息的双向传输。该成果于2016年1月8日发表在《科学·进展》杂志上。

信道容量是通讯领域最基本的问题，它刻画了信道在噪声环境下有效地传输信息的能力。经典信道的容量问题可由香农第二定理很好地描述，然而量子信道的容量问题要复杂得多。量子信道不仅可以传输经典信息，还可以传输私密信息和量子信息，每种情况对应一个信道容量。标准的量子信道理论与经典理论相类似，假定信道之间是相互独立的，得到了一系列有趣的结果。然而真实的量子信道可能更加复杂。

李传锋、许金时等人选择保偏光纤进行深入研究。保偏光纤具有极强的相位消相干，能否利用它来有效地传输量子信息是个问题。研究组利用量子通讯领域最近发展的理论工具来刻画光纤的信道容量。他们首先实验测定单根120米左右长度的保偏光纤的量子容量为零，也就是说一次性使用单根保偏光纤是不能传输量子信息的，这是消相干太强导致的必然结果。接下来他们对两根相同的保偏光纤进行编码，构成一个量子信道干涉仪，从而把量子容量为零的保偏光纤激活。激活后两个保偏光纤将不再独立，而是相互关联起来构造出一个无消相干子空间，从而有效地进行量子信息传输。为了提高光纤噪声的关联度，实验中他们将两根光纤缠绕在一起。实验测得两根量子容量为零的保偏光纤联合使用时的量子容量大于0.6。量子信道干涉仪内有两个输入口和两个输出口，通过改变干涉仪内半波片的设置，可以实现量子信息在噪声信道中的单向传输或双向传输。他们还进一步验证了量子纠缠在这种装置下传输的可靠性。

标准量子信道理论(A)与干涉激活技术(B)的对比。(A)编码以后每个光子经过一个信道或者光子一个接一个经过一串信道。(B)编码后一个光子同时经过两个信道。

实验装置图

该成果演示了一种在噪声信道中传输量子信息的有效方法，可用于不同量子系统的通讯和对接，为构建小型量子纠缠网络提供了新思路。同时为丰富量子通讯理论框架提供了新的物理平台。

上述研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、量子信息与量子科技前沿协同创新中心的支持。

论文链接：

Robust bidirectional links for photonic quantum networks

中科院量子信息重点实验室教授，博士生导师，Email：cfli@ustc.edu.cn

个人主页：http://lqcc.ustc.edu.cn/index/info/521

研究方向：

1、 构建有特色的量子纠缠网络

2、 利用量子信息技术研究量子物理

个人简介：

李传锋，男，1973 年2月生于山东。教授、博导，国家杰出青年科学基金获得者，长江学者特聘教授。现任实验室常务副主任。中国物理学会量子光学专业委员会副主任，Science Bulletin、《量子光学学报》、《科技导报》等杂志编委。

中国科学技术大学特任教授，博导，Email：jsxu@ustc.edu.cn

个人主页：http://lqcc.ustc.edu.cn/index/info/533

研究方向：

1、量子模拟光学实现的实验研究；

2、量子信息及量子物理基础问题的研究；

3、固态量子光源的实验研究

个人简介：

许金时，男，1982年9月生于福建。中国科学技术大学特任教授，博导。主要从事基于光的量子信息和量子物理的实验研究，获得2011年度全国百篇优秀博士论文奖；入选2012年教育部新世纪优秀人才支持计划；获得2013年国家自然科学基金优秀青年基金的资助；获得2014年安徽省自然科学技术一等奖（排名第二）及2014年全国高校自然科学技术一等奖（排名第二）。现任国际期刊Scientific Report编委。

（本文资料来源：中科院，由e科网编辑整理）

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