山西大学在光纤信道纠缠辅助量子通信方面取得重要进展
山西大学光电研究所、光量子技术与器件全国重点实验室苏晓龙教授团队实验实现了结合量子密集编码的光纤信道确定性纠缠辅助量子通信。该团队提出了一种改进的连续变量量子密集编码方案，将确定性纠缠辅助量子通信的通信距离扩展至20 km；并结合频分复用技术，实现了10个微弱经典信号的同时解调，显著提升了通信的信道容量。该研究向城域光纤信道确定性纠缠辅助量子通信迈出了关键一步。相关研究成果以“Deterministic entanglement-assisted quantum communication over 20 km fiber channel”为题发表于 Light: Science & Applications 15, 83 (2026)。 X|`,AK Jit
量子密集编码是提升信道容量的一种重要编码方式。连续变量量子密集编码基于量子纠缠实现编码在光场的正交振幅和正交位相分量上的两个经典信号的同时解调，从而显著提高信道容量。由于连续变量纠缠态的产生和探测具有确定性优势，结合连续变量量子密集编码能够实现确定性纠缠辅助量子通信。迄今为止，结合量子密集编码的纠缠辅助量子通信的原理性实验验证已经完成，亟待向实际应用方向发展。因此，亟需开展实际光纤信道的纠缠辅助量子通信研究。 S;Z3v)E-f
研究团队提出了一种改进的连续变量量子密集编码方案：发送端根据传输效率动态调整编码的微弱经典信号的幅度，使得接收端接收到的信号无法用相干光解调。同时，研究团队采用独立传输纠缠光和本地振荡光的方式，有效降低了光纤信道引入的额外噪声，实验实现了20 km光纤信道确定性纠缠辅助量子通信[图1]。在此基础上，研究团队结合频分复用技术，同时编码了10个不同频率的经典信号，在不同传输距离下实现了10个不同频率微弱经典信号的同时解调[图2]。 9.zQ< k2
[attachment=134149] &H&P)Px*_
图1.光纤信道确定性纠缠辅助量子通信实验装置 r ` &|)Hx
[attachment=134148] B bw1k
图2.频分复用纠缠辅助量子通信实验结果 - 1
由于纠缠光的关联噪声低于相应的散粒噪声基准（真空噪声），纠缠辅助量子通信能够有效降低背景噪声，实现对淹没于真空噪声中的微弱经典信号的解调，从而显著提高信号的信噪比。研究结果表明：在不同传输距离处，连续变量纠缠辅助量子通信的信道容量高于相干光通信时的信道容量。研究成果向实际光纤信道确定性纠缠辅助量子通信迈出了坚实的一步，为未来构建城域纠缠辅助量子通信网络提供了参考。 Ue#yDTjc
论文第一作者为山西大学任思宇博士和博士研究生闫彦茹，通讯作者为苏晓龙教授。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“1331工程”重点学科建设基金、量子光学与光量子器件国家重点实验室、省部共建极端光学协同创新中心的支持。 ky[Xf -9#
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-02173-6
|