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Bell基測量的自檢驗實驗裝置。(中國科大供圖)

記者3月12日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊在量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的研究中取得重要進展——首次實驗演示糾纏交換過程的自檢驗。

該研究成果近日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《物理評論快報》上。

量子糾纏是量子通信和量子計算的重要資源。在構(gòu)建量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的過程中，不僅需要制備高品質(zhì)的量子糾纏態(tài)，還需要在節(jié)點之間進行高品質(zhì)的糾纏交換，才能把各個節(jié)點糾纏起來。

糾纏交換需要通過Bell基測量來實現(xiàn)。比如一開始Alice這個節(jié)點上有A1和A2兩個粒子是糾纏的，Bob這個節(jié)點上B1和B2兩個粒子也是糾纏的，但是Alice和Bob的粒子之間不糾纏，Alice和Bob可以分別把A2和B2這兩個粒子(通常是光子)發(fā)送到一個約定的地點進行Bell基測量，以測量消耗掉A2和B2兩個粒子為代價，就可以使得處于不同節(jié)點的原本不糾纏的A1和B1兩個粒子糾纏起來了。與設(shè)備無關(guān)的糾纏態(tài)和Bell基測量的品質(zhì)檢驗被學術(shù)界稱為糾纏的自檢驗，通過自檢驗可以在設(shè)備不可信的情況下依然保障構(gòu)建的量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的安全性。

此前，李傳鋒、陳耕等人已經(jīng)實現(xiàn)了糾纏態(tài)自檢驗和高維糾纏態(tài)的自檢驗，然而對于Bell基測量，學術(shù)界一直沒有找到合適的方法來度量其品質(zhì)，因而無法對其準確性進行定量表征，更無法實現(xiàn)對它的自檢驗。

科研人員通過把Bell基測量和糾纏態(tài)的非局域性定量聯(lián)系在一起，在光學系統(tǒng)中實驗實現(xiàn)了與設(shè)備無關(guān)的對Bell基測量的度量。實驗中不僅包含了對糾纏交換產(chǎn)生的兩體糾纏的自檢驗，而且對糾纏交換前的兩對糾纏態(tài)的獨立性也進行了自檢驗。這使得實驗結(jié)果具有非常好的魯棒性，最終對Bell基測量的保真度估值達到0.87。

據(jù)悉，這是國際上首個針對Bell基測量的自檢驗的原理性驗證實驗，為實現(xiàn)量子糾纏網(wǎng)絡(luò)的自檢驗、保障量子網(wǎng)絡(luò)的安全性解決了關(guān)鍵難題。