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摘要：超纠缠是对光量子系统中纠缠增加自由度，其可以提高通信的信道容量和安全性。对双光子超纠缠系统进行改进，提出的超纠缠纯化协议是通过空间量子状态转移过程，保留之前丢弃的量子态。具有高保真度的多光子系统的偏振状态可以被转换为具有低保真度的另一个多光子状态，而不会干扰其偏振状态，这使得改进后通信系统具有更高的效率。
关键词：量子通信；超纠缠；奇偶校验
1、引言
在量子安全通信中，远程方通常需要最大的纠缠态来建立它们的量子通道。最大程度纠缠的量子系统是在局部产生，并且在分布过程中会不可避免地受到环境噪声的影响[1]，这就降低了纠缠的质量并使量子通信变得不再安全。量子中继器需要在长距离量子通信和量子通信网络中连接两个远程量子节点。量子中继器的基本思想是将传输总线分成具有衰减长度量级的较短长度的段[2]，然后使用纠缠纯化和纠缠交换来抑制噪声的影响，将纠缠延伸到更远的距离。
纠缠纯化用于从混合状态的系统中提取具有高保真度的最大化纠缠量子系统。超纠缠有助于在多自由度光子系统中远距离量子通信网络，可以改善量子通信的通道容量。除了对量子通信中的光子对的偏振的确定性纠缠，超纠缠已经用于辅助量子超密编码[3]，贝尔状态分析[4]和量子中继器[5]。近年来，在增加具有超纠缠的量子通信的通道容量方面取得了一些快速的进展。例如，两个光子对的多自由度量子传递[6]，光子空间偏振超纠缠的纠缠交换，以及超纠缠的贝尔状态分析[7][8][9][10]。腔量子电动力学[11]是量子信息处理[12]的极好的平台之一，特别是量子中继器。通过使用与局部光腔相互作用的原子作为量子节点和在远程节点之间作为量子总线传输的光子，可以建立量子网络来大规模实现量子信息处理。由于光子与环境的弱相互作用，它们可用于快速和可靠的长距离量子通信，而固定原子适合于量子信息的本地存储。在波导腔量子电动力学的标准设置中，量子位于波导（光纤或纳米线）附近，而且可以建立长距离的波导介导的量子位间的纠缠。
混合偏振空间超纠缠状态下提出的高效率超纠缠纯化协议非局部双光子系统，是采取空间偏振奇偶校验门，空间模式量子转移状态和偏振量子转移状态。和先前的没有量子转移状态的超纠缠纯化协议相比，改进之后所使用的量子转移状态是通过保留丢弃的状态，这样得出的精细超纠缠纯化协议效率可以大大改善。此外，改进的超纠缠纯化协议不需要辅助光子。这种超纠缠纯化协议对于具有超纠缠的量子中继器非常有用，并且它可以在很大程度上改善具有几个多自由度的光子系统在长距离大容量的量子通信和量子中继器中的纠缠[13]。
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