利用量子力学分享秘密信息的新方法
发布时间：2023-04-13 08:00:00 阅读数： 89
量子信息是一种强大的技术，可以增加可以安全处理和通信的信息量。利用量子纠缠在多方之间安全地分配一个秘密的量子状态，被称为 "量子状态共享"。
作为量子网络和密码学的一个重要协议，量子态共享的工作原理是这样的（简单来说）：一个秘密的量子态被分成n份，并给n个参与者。只有在k（其中k>n/2）个参与者合作的情况下，秘密状态才能被重建，而其余n-k个参与者不能获取信息。该协议也可用于量子纠错，即使部分信息丢失，也可以重建秘密状态。
在量子信息中，有两种类型的系统：离散变量和连续变量系统。离散变量系统很好，因为它们不容易丢失信息，而连续变量系统很好，因为量子态的生成和处理是确定性的，而不是概率性的，这就能达到很高的精度。
人们试图用连续变量系统做的一件事是在不同地方分享量子状态（信息）。但要做到这一点，他们需要使用一种叫做电前馈的技术，这涉及到电和光形式之间的信号转换。不幸的是，这种技术限制了量子状态共享过程的带宽。
一个全光量子态共享协议承诺了一种使用光来共享量子信息的方法，而不需要将其转换为电信号。这种协议在理论上已经被提出，但它还没有被实施，因为很难控制某些类型的光学设备的放大输出状态中自然存在的噪声。
{1,3}重建结构和相应的对抗结构{2}的典型噪声功率结果。(a)和(b)显示了经典{1,3}结构的输入秘密状态和输出状态的正交方差与经典调制。(c)和(d)显示了输入秘密状态、{1,3}结构的输出状态以及相应的经典{1,3}结构的无经典调制的正交变异。(e）和（f）显示了{2}结构的正交方差。资料来源：华东师范大学陈英轩
正如《先进光子学》杂志所报道的，华东师范大学的研究人员最近成功实现了这样一个系统。他们使用了一个基于四波混合过程的低噪声放大器来取代电前馈装置。
通过这种新方法，他们能够在两个或更多的玩家之间分享量子状态，其中任何两个玩家可以合作检索秘密状态，而其他玩家则什么也得不到。他们测试了三种不同的重建结构，发现所有结构的平均保真度为0.74±0.03，优于经典极限的2/3。他们还验证了这种新方法可以在一定的带宽范围内使用。
据通讯作者、华东师范大学精密光谱学国家重点实验室教授Jietai Jing说："这项研究旨在消除连续可变系统中量子状态共享过程的带宽限制。实验结果为实现全光量子态共享提供了一个全光平台"。他补充说："这项研究为构建全光宽带量子网络铺平了道路。"
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Yingxuan Chen et al, Deterministic all-optical quantum state sharing, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.2.026006
