Long-Distance Entanglement Purification for Quantum Communication

量子纠缠 物理 量子密钥分配 量子网络 量子信息科学 量子力学 量子信道 拓扑(电路) 量子计量学 振幅阻尼通道 量子 数学 组合数学
作者
Xiao‐Min Hu,Cen-Xiao Huang,Yu‐Bo Sheng,Lan Zhou,Bi‐Heng Liu,Yu Guo,Chao Zhang,Wen-Bo Xing,Yun‐Feng Huang,Chuan‐Feng Li,Guang‐Can Guo
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:126 (1): 010503-010503 被引量:236
标识
DOI:10.1103/physrevlett.126.010503
摘要

High-quality long-distance entanglement is essential for both quantum communication and scalable quantum networks. Entanglement purification is to distill high-quality entanglement from low-quality entanglement in a noisy environment and it plays a key role in quantum repeaters. The previous significant entanglement purification experiments require two pairs of low-quality entangled states and were demonstrated in tabletop. Here we propose and report a high-efficiency and long-distance entanglement purification using only one pair of hyperentangled state. We also demonstrate its practical application in entanglement-based quantum key distribution (QKD). One pair of polarization spatial-mode hyperentanglement was distributed over 11 km multicore fiber (noisy channel). After purification, the fidelity of polarization entanglement arises from 0.771 to 0.887 and the effective key rate in entanglement-based QKD increases from 0 to 0.332. The values of Clauser-Horne-Shimony-Holt inequality of polarization entanglement arises from 1.829 to 2.128. Moreover, by using one pair of hyperentanglement and deterministic controlled-NOT gates, the total purification efficiency can be estimated as 6.6×10^{3} times than the experiment using two pairs of entangled states with spontaneous parametric down-conversion sources. Our results offer the potential to be implemented as part of a full quantum repeater and large-scale quantum network.
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