近日，华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室、精密光谱科学与技术高等研究院荆杰泰教授团队在量子纠缠验证方面取得重要进展，首次在实验上实现了连续变量量子纠缠的测量设备无关验证（measurement-device-independent entanglement witness, MDIEW），为构建高安全量子网络和量子通信系统提供了新的方案。该研究成果以“Experimental Measurement-Device-Independent Verification of Continuous-Variable Entanglement”为题发表于Physical Review Letters。

   量子纠缠是量子信息技术的核心资源，被广泛应用于量子通信、量子计算和量子精密测量等领域。然而，在现实中，测量设备往往可能存在误差甚至被操纵，这将导致纠缠验证结果不可靠。例如，传统的连续变量纠缠验证判据假设平衡零拍测量设备完全可信（如图1(a)所示），但如果这些设备被不可信方操纵，就可能将非纠缠态错误判定为纠缠态。这不仅影响基础物理实验的准确性，也会对量子通信系统的安全性造成潜在威胁。

图1  传统纠缠验证方法和MDIEW方法的示意图。(a) 在传统纠缠验证方法中，量子态的两个模式分别发送给可信的两方Alice和Bob，由他们各自执行测量。(b) 在MDIEW中，Alice和Bob分别制备一个辅助态，并将辅助态与待验证量子态的一个模式进行贝尔态测量。由于MDIEW消除了对测量设备可信性的要求，测量过程甚至可由不可信方Eve执行

    实验中（如图2所示），团队利用两组四波混频（Four-Wave Mixing, FWM）过程在热原子蒸气中产生可调节纠缠度的双模量子态，并对传统纠缠验证方法和MDIEW方法进行了系统对比。结果显示，在测量设备由不可信的第三方操作的情况下，传统纠缠验证方法会产生错误的纠缠判定，而MDIEW方案仍能保持稳定、可靠的结果。这表明，MDIEW在对抗测量设备缺陷和潜在攻击方面具有出色的鲁棒性。

图2  MDIEW的实验实现及其在测量设备由不可信第三方操作情况下的鲁棒性。(a) 实验装置示意图。FWM：四波混频；VBS：可变分束器；BS：50:50分束器；LO：本振光；AM：幅度调制器；PM：相位调制器。(b) 在特定相干态下测得的正交分量测量结果分布。(c) MDIEW随待验证量子态纠缠度变化的实验结果。(d)–(e) 当本振光功率或相位被不可信方篡改时的MDIEW鲁棒性测试，显示MDIEW仍能保持正确的纠缠验证

    该方法仅需引入辅助相干态光场，完全兼容现有光通信基础设施，具有极高的实验可行性和应用潜力。未来，该方案可进一步扩展至远程量子网络节点之间的纠缠验证，为未来构建抗攻击的量子网络提供了实验基础。测量设备无关的思想有望在更多量子信息协议中发挥作用，从量子通信到量子计算，安全性都将得到显著提升。

   华东师范大学为第一完成单位，荆杰泰教授为通讯作者，王绪彤博士是论文的第一作者，博士生符婧做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金委、量子通信与量子计算机国家科技重大专项、上海市教委、上海市科委等的大力支持。

    论文原文链接：

    https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/rk3t-69tb