四维超纠缠态光子室外首次传输成功

北京，8月24日(记者聂)——根据物理学家组织网络23日的一份报告，奥地利科学家成功地在相距1200米的两个屋顶之间传输了超纠缠光子，首次证明了在实验室外的真实世界中传输超纠缠光子的可行性。这一发表在最新一期《自然通讯》上的研究成果朝着实现基于卫星系统快速安全传输量子信息的全球量子网络迈出了重要的一步。

目前，最简单和最常用的光子纠缠是偏振纠缠，即单个光子通常呈现垂直偏振态或水平偏振态，但在纠缠后，它将处于水平偏振和垂直偏振的叠加态。使用偏振纠缠来编码数据，每个光子最多只能携带一个量子位信息。然而，光子有其他的纠缠方法。将这些方法与偏振纠缠结合使用，可以获得更有利的超纠缠光子态，不仅具有更高的数据传输效率，而且可以成倍增加存储的信息量子位，大大提高量子通信的安全水平。然而，以前关于超纠缠光子的实验只是在一个严格保护的实验室环境中短距离进行的。

在这项新的研究中，奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(IQOQI)的物理学家鲁珀特·厄申(Rupert Ursin)带领他的团队在偏振纠缠中加入了另一种“能量-时间纠缠”，从而创造了一个四维超纠缠光子态。在实验中，他们选择了“早”和“晚”这两个特定的值来代表两个能量时间纠缠态。

研究小组利用实验室的超纠缠光源产生了大量的超纠缠光子对。每个光子对中的一个光子储存在实验室中，另一个光子通过光纤传输到实验室屋顶上的激光发射管。发射管通过*空间将光子传输到安装在相距1200米的另一个屋顶上的接收装置。到达后，光子仍然可以与实验室中的另一个光子保持超纠缠状态。

实验表明，尽管大气涡旋导致超纠缠光子的传输效率可变，并且大约一半的光子被光学设备吸收并消失，但仍可检测到20，000对光子以每秒1200米的距离保持超纠缠。这第一次证明了具有同时能量时间/偏振纠缠的超纠缠光子在现实世界中的可操作性，为基于超纠缠光子的量子应用的发展铺平了道路。

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