第一作者：孙永南

通讯作者：杨垂平 共同通讯作者：苏奇平，Franco Nori

发表期刊：Physical Review Letters

Impact Factor: 9.0（中科院一区，JCR Q1）

第一单位：如意直播

合作单位：日本理化学研究所、美国密歇根大学

论文网址：//journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/q85z-wl38

成果简介：

随着量子技术的发展，精确认证量子系统在量子通信和量子计算等领域展现出重要的应用价值。传统的量子态层析方法尽管功能强大，但其有效性依赖于对量子器件内部工作机制的假设，即要求器件完全可信且校准良好。然而，实际中的量子设备不可避免地受到噪声和退相干等因素影响，甚至可能存在不可信的风险。在此背景下，如何高效且准确地实现量子态认证，已成为量子信息处理领域中的关键问题。

本研究基于半设备无关方法实现量子态认证，仅需已知量子系统的维度信息，而无需对设备内部结构做额外假设。为进一步贴近实际，研究还考虑了制备与测量装置间无共享随机性的独立场景，最终基于测量结果实现了高维量子态系综的认证。实验中利用自发参量下转换过程产生单光子源，搭建了基于光子轨道角动量的高维量子态制备与测量系统。采用两个相位型空间光调制器分别完成态制备与测量，通过加载优化的计算机全息图，实现对光场振幅与相位的同时调控，显著提升了量子态制备与测量的保真度，并成功实现了从2维到10维的对称信息完备量子态认证。此外，研究基于Kolmogorov湍流理论模拟大气湍流噪声，验证了该认证方案的抗噪声性能。该工作对自由空间高维量子通信、量子态认证及高维量子信息处理等领域具有重要参考价值。