中国科大在量子通信复杂度研究领域取得新进展

2019-04-08

中国科大潘建伟、徐飞虎、张强等在量子通信复杂度方向取得重要进展,首次通过实现两方分布式计算任务通信方向的相干叠加,证明了量子通信相对于经典通信,有着指数级别的优势,该成果近日发表在国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》上 [Physical Review Letters 122, 120504 (2019)]。 一直以来,寻找量子信息任务和经典信息任务之间的指数提升是量子信息领域的重要研究内容。这种指数级优势一直被认为适用于量子计算,却从未得到严格证明。目前,只有在量子通信复杂度领域获得严格证明。最近,理论研究者使用一种新颖的量子资源—量子开关,在理论上证明了量子通信在两方分布式计算任务(交互评估游戏)中,相比于经典通信有着指数级别的优势。但是,该协议要求操控10个以上的量子比特纠缠,同时对系统损耗要求严格,导致其在实验实现上困难重重。 潘建伟、徐飞虎、张强等,同澳大利亚的亚格利斯大学的合作者,通过对该协议的研究,提出了一种优化的实验可实现方案。使用高维的qudit编码代替原有多个量子比特纠缠,同时通过优化系统损耗等实验手段,最终,实现了高达8192维度的qudit编码,并证明,量子通信协议所需传输的信息量仅为经典通信协议的34.8%。

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实验结果图:量子协议VS经典协议

审稿人对这一工作的重要性给予高度认可,称赞这一实验从技术手段上非常引人注目;而鉴于编码是许多计算任务的基础,本实验对该领域的研究也有重要意义(the experiment is both striking from the technological point of view, and of great importance, as qudit encoding is essential for many computational tasks)。同时审稿人相信该工作对于未来不确定因果关系研究中相关协议实现有着重要影响(I believe the work is of high impact for future realizations of protocols in the study of indefinite causal orders)。

该工作得到了科技部、自然科学基金委、中科院等单位的资助。

附论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120504