【无探测漏洞高维贝尔不等式检验得以实现】中国科学技术大学郭光灿院士团队在量子非局域性研究中取得新进展，团队李传锋、柳必恒研究组将高维纠缠光子的总体探测效率提升到71.7%，从而实现了无探测漏洞的高维贝尔不等式检验。相关研究成果发表于《物理评论快报》。
非局域性是量子力学和量子信息科学的重要基础。随着贝尔不等式的提出，人们可以在实验上检验量子非局域性。由于实验装置的不完美，绝大多数实验都存在漏洞，其中广受关注的漏洞包括探测漏洞和局域性漏洞等。2015年，科学家们首次在二维纠缠体系中同时关闭了探测漏洞和局域性漏洞，并以此为基础发展出各种设备无关的量子信息任务。
相比二维量子纠缠而言，高维量子纠缠在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明显优势，因此实现无漏洞的高维贝尔不等式检验，并以此为基础实现设备无关的高维量子信息任务是目前量子信息领域亟需发展的重要方向。
此次实验中，研究组采用波长775纳米的激光泵浦beamlike切割的非线性晶体，得到波长1550纳米的纠缠光子。这种切割方式可以有效增大纠缠光子的收集效率，并采用了透过率达到99%的滤波装置和探测效率90%的超导单光子探测器，并且所有光学元件的基片都采用了在1550纳米吸收率极低的光学玻璃，由此最终实现了总体探测效率达71.7%的四维纠缠光子态，该探测效率远高于关闭四维贝尔不等式探测漏洞所需的阈值61.8%，同时四维纠缠光子态的保真度达到了99.5%。通过合理选择参数，研究组在国际上首次实现了无探测漏洞的高维贝尔不等式检验。
该成果为进一步实现同时关闭探测漏洞和非局域性漏洞的高维贝尔不等式检验及设备无关的高维量子通信过程奠定重要基础。https://t.cn/A6SLNfkw
非局域性是量子力学和量子信息科学的重要基础。随着贝尔不等式的提出，人们可以在实验上检验量子非局域性。由于实验装置的不完美，绝大多数实验都存在漏洞，其中广受关注的漏洞包括探测漏洞和局域性漏洞等。2015年，科学家们首次在二维纠缠体系中同时关闭了探测漏洞和局域性漏洞，并以此为基础发展出各种设备无关的量子信息任务。
相比二维量子纠缠而言，高维量子纠缠在信道容量、安全性及抗噪能力上都具有明显优势，因此实现无漏洞的高维贝尔不等式检验，并以此为基础实现设备无关的高维量子信息任务是目前量子信息领域亟需发展的重要方向。
此次实验中，研究组采用波长775纳米的激光泵浦beamlike切割的非线性晶体，得到波长1550纳米的纠缠光子。这种切割方式可以有效增大纠缠光子的收集效率，并采用了透过率达到99%的滤波装置和探测效率90%的超导单光子探测器，并且所有光学元件的基片都采用了在1550纳米吸收率极低的光学玻璃，由此最终实现了总体探测效率达71.7%的四维纠缠光子态，该探测效率远高于关闭四维贝尔不等式探测漏洞所需的阈值61.8%，同时四维纠缠光子态的保真度达到了99.5%。通过合理选择参数，研究组在国际上首次实现了无探测漏洞的高维贝尔不等式检验。
该成果为进一步实现同时关闭探测漏洞和非局域性漏洞的高维贝尔不等式检验及设备无关的高维量子通信过程奠定重要基础。https://t.cn/A6SLNfkw
【X射线可以携带量子信号穿过恒星】与常规通信方式相比，量子信号可能具有许多优势，这让科学家们怀疑，人类是否不是唯一一个发现这些优势的人。现在一项新的研究表明，对于假设的地外文明，利用X射线进行的量子传输可能跨越星际距离。
量子通信依赖于一种称为纠缠的量子现象。从理论上讲，两个或多个粒子（如通过纠缠“连接”的光子）可以立即相互影响，无论它们相距多远。
纠缠对于量子隐形传输至关重要，在量子隐形传输中，数据可以在一个地方消失，在另一个地方重新出现。由于该信息不会穿越中间空间，因此信息不会丢失。
要实现量子隐形传态，首先要纠缠两个光子。然后，其中一个光子（将被传送的光子）保持在一个位置，而另一个光子被传送到所需的任何目的地。
接下来，分析目标量子态中定义其关键特性的光子，这一行为也会破坏其量子态。纠缠将导致目标光子与其伙伴完全相同。出于所有意图和目的，原点的光子“传送”到目标点 —— 物理物质没有移动，但这两个光子在物理上是不可区分的。
更清楚的是，量子隐形传态发送信息的速度不能超过光速，因为目标光子仍然必须通过常规手段传输。
量子通信的一个弱点是纠缠是脆弱的。尽管如此，研究人员已经成功地传输了纠缠光子，这些光子保持稳定或“相干”，足以在1400公里的距离上实现量子隐形传输。
这些发现让爱丁堡大学的理论物理学家Arjun Berera怀疑量子信号到底能保持多远的相干。首先，他发现量子相干性可能存在于我们银河系的星际距离中，然后他和他的同事们发现量子相联性可以存在于星系间距离中。
Berera说：“如果地球大气层中的光子没有衰减到100公里，那么在星际空间中，介质密度比我们的大气层低得多，光子就不会衰减到银河系的大小。”
在这项新的研究中，研究人员调查了量子通信是否以及如何在星际距离中生存。他们指出，量子信号可能会受到许多因素的干扰，如星际物体的引力。
科学家们发现星际信息的最佳量子通信信道是X射线。这种频率在星际距离上更容易聚焦和探测。（美国宇航局通过其XCOM实验测试了深空X射线通信。）研究人员还发现，光学和微波波段也可以实现远距离通信，尽管不如X射线有效。
虽然相干性可能在星际距离内存在，但Berera确实注意到量子信号可能会失去保真度。“这意味着量子态是持续的，但它可以有一个相移，尽管量子信息在这些态中保留下来，但由于重力的影响，它已经被改变。因此，它可能“需要在接收端做一些工作来解释这些相移，并能够评估原始状态中包含的信息。”
为什么星际文明可以传输量子信号而不是常规信号？研究人员指出，量子通信可以实现比经典信道更大的数据压缩，在某些情况下，速度可以达到指数级。这样的效率提升可能对星际距离相隔的文明非常有用。
“这可能是因为量子通信是外星世界的主要通信模式，所以他们只是利用手头的东西向宇宙发送信号，”Berera说。
6月28日，科学家们在Physical Review D杂志上在线详细介绍了他们的发现。
https://t.cn/A6S2Gfnt
量子通信依赖于一种称为纠缠的量子现象。从理论上讲，两个或多个粒子（如通过纠缠“连接”的光子）可以立即相互影响，无论它们相距多远。
纠缠对于量子隐形传输至关重要，在量子隐形传输中，数据可以在一个地方消失，在另一个地方重新出现。由于该信息不会穿越中间空间，因此信息不会丢失。
要实现量子隐形传态，首先要纠缠两个光子。然后，其中一个光子（将被传送的光子）保持在一个位置，而另一个光子被传送到所需的任何目的地。
接下来，分析目标量子态中定义其关键特性的光子，这一行为也会破坏其量子态。纠缠将导致目标光子与其伙伴完全相同。出于所有意图和目的，原点的光子“传送”到目标点 —— 物理物质没有移动，但这两个光子在物理上是不可区分的。
更清楚的是，量子隐形传态发送信息的速度不能超过光速，因为目标光子仍然必须通过常规手段传输。
量子通信的一个弱点是纠缠是脆弱的。尽管如此，研究人员已经成功地传输了纠缠光子，这些光子保持稳定或“相干”，足以在1400公里的距离上实现量子隐形传输。
这些发现让爱丁堡大学的理论物理学家Arjun Berera怀疑量子信号到底能保持多远的相干。首先，他发现量子相干性可能存在于我们银河系的星际距离中，然后他和他的同事们发现量子相联性可以存在于星系间距离中。
Berera说：“如果地球大气层中的光子没有衰减到100公里，那么在星际空间中，介质密度比我们的大气层低得多，光子就不会衰减到银河系的大小。”
在这项新的研究中，研究人员调查了量子通信是否以及如何在星际距离中生存。他们指出，量子信号可能会受到许多因素的干扰，如星际物体的引力。
科学家们发现星际信息的最佳量子通信信道是X射线。这种频率在星际距离上更容易聚焦和探测。（美国宇航局通过其XCOM实验测试了深空X射线通信。）研究人员还发现，光学和微波波段也可以实现远距离通信，尽管不如X射线有效。
虽然相干性可能在星际距离内存在，但Berera确实注意到量子信号可能会失去保真度。“这意味着量子态是持续的，但它可以有一个相移，尽管量子信息在这些态中保留下来，但由于重力的影响，它已经被改变。因此，它可能“需要在接收端做一些工作来解释这些相移，并能够评估原始状态中包含的信息。”
为什么星际文明可以传输量子信号而不是常规信号？研究人员指出，量子通信可以实现比经典信道更大的数据压缩，在某些情况下，速度可以达到指数级。这样的效率提升可能对星际距离相隔的文明非常有用。
“这可能是因为量子通信是外星世界的主要通信模式，所以他们只是利用手头的东西向宇宙发送信号，”Berera说。
6月28日，科学家们在Physical Review D杂志上在线详细介绍了他们的发现。
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#看不懂的科技进展#【#量子密钥分发网络实现高安全性#】记者从中国科学技术大学获悉，该校郭光灿院士团队韩正甫教授及其合作者王双、银振强、陈巍等实现了抗环境干扰的非可信节点量子密钥分发网络，全面提高了量子密钥分发网络的安全性、可用性和可靠性，向实现下一代量子网络迈出了重要的一步。相关研究成果日前在线发表在国际学术知名期刊《光学》上。
测量设备无关量子密钥分发协议（MDI-QKD）通过设置一个非可信节点对编码量子态进行联合测量，可在两个用户间构建安全的通信链路，是构建百公里级城域量子网络的重要角色。然而联合测量不仅限定了参与用户的数量，还对信道环境的稳定性提出了更高的要求，不利于在复杂网络环境下进行部署。
在前期研究的基础上，课题组设计了“萨格纳克-马赫-曾德尔”结构的非相敏量子编码器，能够免除相位参考系的补偿；同时，课题组借助随机化，擦除了编码量子态的偏振信息，使其具备抗信道偏振扰动能力；最后，课题组重新利用偏振维度进行多用户配对，能够同步实现多对用户的Hong-Ou-Mandel干涉和联合测量。在此基础上，课题组完成了测量设备无关量子密钥分发网络的构建，使其同时具备抗环境干扰、无需可信节点、支持多用户灵活组网的特性。
这项研究成果推动了下一代量子保密通信网络的实用化，为未来量子互联网的具体形态做出了有益的探索。（科技日报记者 吴长锋 中国科大供图）
测量设备无关量子密钥分发协议（MDI-QKD）通过设置一个非可信节点对编码量子态进行联合测量，可在两个用户间构建安全的通信链路，是构建百公里级城域量子网络的重要角色。然而联合测量不仅限定了参与用户的数量，还对信道环境的稳定性提出了更高的要求，不利于在复杂网络环境下进行部署。
在前期研究的基础上，课题组设计了“萨格纳克-马赫-曾德尔”结构的非相敏量子编码器，能够免除相位参考系的补偿；同时，课题组借助随机化，擦除了编码量子态的偏振信息，使其具备抗信道偏振扰动能力；最后，课题组重新利用偏振维度进行多用户配对，能够同步实现多对用户的Hong-Ou-Mandel干涉和联合测量。在此基础上，课题组完成了测量设备无关量子密钥分发网络的构建，使其同时具备抗环境干扰、无需可信节点、支持多用户灵活组网的特性。
这项研究成果推动了下一代量子保密通信网络的实用化，为未来量子互联网的具体形态做出了有益的探索。（科技日报记者 吴长锋 中国科大供图）
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