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中国科大制备出八光子纠缠态

日前，中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室取得重大突破，该实验室李传锋、黄运锋研究组成功制备出八光子纠缠态，刷新了世界上多光子纠缠的制备和操作数目记录。该成果在线发表在11月22日的Nature Communications上。

　　量子纠缠态是实现各种量子信息过程的基础。由于光子具有抗干扰能力强、传播速度快等优点，多光子纠缠态的制备和操控一直是量子信息领域的研究重点。目前世界上普遍利用晶体中的非线性过程来产生多光子纠缠态，由于此过程是概率性的，因此产生多光子纠缠态的难度会随着光子数目的增加而指数增大。在此工作之前世界上报道最多能制备出六光子纠缠态。

　　研究人员对已有的纠缠光源制备方法进行改进，利用特殊切割的非线性晶体制备出高亮度的双光子纠缠源。新的方法能够把产生的光子对的锥束压缩成一个很小的圆斑，极大地提高了收集效率。他们利用单模光纤收集技术克服了光路稳定性难题并提高了双光子的纠缠度，然后利用偏振分束器实现三个门操作把双光子纠缠态级联成八光子纠缠态，并利用自主研制的十六通道符合分析仪，有效克服了八光子纠缠态的探测分析难题。最后，研究人员通过采用纠缠目击者技术验证了八光子的纠缠特性，并进一步利用产生出的纠缠态完成了八方量子通信复杂性实验。实验结果超越了经典界限，展示了量子纠缠的优越性。

　　该项成果意味着人们对多光子纠缠的制备与操控达到前所未有的八光子水平，将在量子通信网络、基于纠缠的量子计算等量子信息过程中获得重要应用，同时推动了量子纠缠的特性与分类等基本物理问题的研究。

　　该项研究获得科技部和国家自然科学基金委的资助。