山西大学光电研究所苏晓龙教授团队在量子隐形传态方面取得重要进展

2月28日，山西大学光电研究所、光量子技术与器件全国重点实验室的苏晓龙教授研究组实验实现了多边带量子模式的可控确定性量子隐形传态。相关研究成果以“Controllable deterministic quantum teleportation of multiple sideband qumodes”为题发表于Science Bulletin。

量子隐形传态在共享的量子纠缠和经典通信的帮助下能够实现远距离用户间未知量子态的传输，是一种典型的基于纠缠的量子通信协议，在量子科技中具有广泛的应用。由于连续变量量子纠缠态的制备、联合测量的实现和平衡零拍探测是确定性的，因此连续变量量子隐形传态具有确定性的优势。如果通过一次量子隐形传态任务可以同时隐形传输一个量子态的多个自由度或多个量子态，量子隐形传态的传输能力将显著增强。目前为止，大多数连续变量量子隐形传态仅限于一次隐形传输光场的一个边带量子模式。因此，面向实际应用，研发一种同时传输多个量子态的新方法对提升量子隐形传态的传输能力至关重要。

研究团队在连续变量量子纠缠辅助下，实验实现了多个边带模式的确定性量子隐形传态，即同时实现了多个量子态的量子隐形传输，实验原理如图1所示。通过控制连续变量量子隐形传态中发送端的测量系统和经典信道的相位，研究团队同时实现基准边带频率奇数倍或偶数倍的多边带量子模式的连续变量量子隐形传态。进一步，通过改变经典信道的相位，实现了量子隐形传态边带量子模式数量的调控。研究团队在24 MHz频率带宽内同时实现了5个边带量子模式的确定性连续变量量子隐形传态，输出边带量子模式的保真度均在70%左右，超越了量子不可克隆极限（2/3）。

该工作为同时实现多个量子态的量子隐形传态提供了一种新方法，并向提升量子隐形传态的传输能力方面迈出了关键一步。通过扩展连续变量量子隐形传态系统的带宽，可进一步增加量子隐形传输边带量子模式的数量，提升连续变量量子隐形传态的性能并拓展其应用。

论文第一作者为山西大学王娜博士生和王美红副教授，通讯作者为山西大学苏晓龙教授。该工作得到“量子通信与量子计算机”国家科技重大专项、国家自然科学基金、山西省基础研究计划项目、和山西省“1331项目”工程重点学科建设基金的支持。（通讯员：张颖）