中國科大潘建偉、徐飛虎、張強等在量子通信複雜度方向取得重要進展，首次通過實現兩方分佈式計算任務通信方向的相干疊加，證明了量子通信相對於經典通信，有著指數級別的優勢，該成果近日發表在國際物理學權威學術期刊《物理評論快報》上 [Physical Review Letters 122, 120504 (2019)]。 一直以來，尋找量子信息任務和經典信息任務之間的指數提升是量子信息領域的重要研究內容。這種指數級優勢一直被認為適用於量子計算，卻從未得到嚴格證明。目前，只有在量子通信複雜度領域獲得嚴格證明。最近，理論研究者使用一種新穎的量子資源—量子開關，在理論上證明了量子通信在兩方分佈式計算任務（交互評估遊戲）中，相比於經典通信有著指數級別的優勢。但是，該協議要求操控10個以上的量子比特糾纏，同時對系統損耗要求嚴格，導致其在實驗實現上困難重重。 潘建偉、徐飛虎、張強等，同澳大利亞的亞格利斯大學的合作者，通過對該協議的研究，提出了一種優化的實驗可實現方案。使用高維的qudit編碼代替原有多個量子比特糾纏，同時通過優化系統損耗等實驗手段，最終，實現了高達8192維度的qudit編碼，並證明，量子通信協議所需傳輸的信息量僅為經典通信協議的34.8%。
實驗結果圖：量子協議VS經典協議審稿人對這一工作的重要性給予高度認可，稱讚這一實驗從技術手段上非常引人注目；而鑑於編碼是許多計算任務的基礎，本實驗對該領域的研究也有重要意義（the experiment is both striking from the technological point of view, and of great importance, as qudit encoding is essential for many computational tasks）。同時審稿人相信該工作對於未來不確定因果關係研究中相關協議實現有著重要影響（I believe the work is of high impact for future realizations of protocols in the study of indefinite causal orders）。
該工作得到了科技部、自然科學基金委、中科院等單位的資助。
附論文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120504
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