31、量子通信：离散变量与连续变量的探索

量子通信：离散变量与连续变量的探索

离散变量量子通信实验

离散变量量子通信实验中，常用的单光子源包括被电磁场捕获的单个原子或离子。不过这类实验需要真空容器、窄带激光器等设备，不太适合量子密钥分发（QKD），但在诸如线性光学量子计算等要求更高的应用中表现出色。此外，量子点或钻石中的单个荧光缺陷也是可选方案。

量子点能够实现高数据传输速率，但需要冷却至 4K 以下的低温环境；钻石中的氮 - 空位（NV）缺陷在室温下使用简单且可靠，然而存在速率较低和发射光谱过宽的问题。未来可能会出现更好的系统，但它们需要与基于改进协议、无需强衰减的衰减脉冲 QKD 竞争。

基于纠缠的量子通信

• 量子密集编码 ：这是与量子隐形传态最接近的协议，它能通过发送单个量子比特来传输两位经典信息。
  • 传统编码局限 ：假设 Alice 和 Bob 要进行经典信息通信，Alice 使用由同一源制备的量子粒子。她将消息的比特值转换为保持量子比特状态不变或翻转到正交状态，Bob 观察粒子状态。这样，Alice 只能在单个量子比特中编码一位信息。因为为避免错误，到达 Bob 的状态必须可区分，只有使用正交状态才能保证这一点，所以在这方面，使用量子比特与经典比特相比并无优势。若要传输两位信息，Alice 需发送两个量子比特。
  • 突破经典限制 ：C.H. Bennett 和 S. Wiesner 利用纠缠粒子突破了经典限制。假设 Alice 获得的粒子与直接发送给 Bob 的另一个粒子处于纠缠态，处于四个贝尔态之一，如 |Ψ−⟩。Ali