量子态光场是开展量子信息技术研究的重要量子资源。连续变量量子态光场具有确定性产生，高效率探测和与经典通信系统高度兼容的特点，特别适合于开展高速量子信息任务。
随着相关研究的深入开展，制备更高带宽的量子态光场成为开展实用化量子通信技术的前提，而非经典光场的制备系统—光学参量放大器的带宽是量子态光场带宽的重要限制因素。
近日，山西大学光电研究所彭堃墀院士领导的贾晓军团队在宽带量子光场制备及应用研究方面取得了重要进展。研究团队通过系列技术改进，成功制备了有效带宽超80兆赫兹的宽带压缩态光场，并对半设备无关量子随机数发生器展开研究。
随机数在科学研究和日常生活中都有重要应用，比如在信息安全和密码学等领域，需要第三方完全不知道的随机数作为安全性的基础。量子力学因为其物理过程具有“内禀随机性”而可以用于产生量子随机数。量子随机数发生器具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。
宽带压缩态的反压缩分量噪声是实现高速率量子随机数发生器的一个理想熵源。该团队基于熵不确定性原理，利用宽带压缩态光场实现了在带宽受限情境下超越真空噪声量子随机数产生速率的随机数发生器。
量子密集编码是一种利用量子纠缠实现的信息传输协议，它能够将信道容量提高到经典信息理论的上限的两倍。在量子密集编码中，发送方和接收方共享一对纠缠的量子比特，通过发送一个量子比特的信息来传输两个经典比特的信息。这种编码方案在理论上能够突破传统信道容量的极限。
团队利用两束压缩光耦合得到的宽带纠缠态光场，结合经典的光载射频通信技术和数字调制技术，将量子密集编码的通信速率大大提高，实现了速率超过20Mbps的高速量子通信。
该研究方法一定程度上弥合了量子通信技术与实际应用之间的差距，为在现实世界中实现量子增强的通信系统和未来量子城域通信网络的建设提供了参考。目前相关研究成果发表于《npj-量子信息》期刊。
(资料来源：科技日报)
