在量子信息协议中，操纵量子信息的过程不可避免地会引入错误。因此，量子纠错是必不可少的，它可以有效地纠正量子信息协议中的错误。擦除是一种典型的错误，这种错误是由传输信道中量子信息的擦除导致的。在连续变量领域，当一个传输信道的信息被完全擦除时，量子擦除纠错可以保护传输的量子态不受这种擦除的影响，确保可靠的量子态传输。然而，在连续变量方案中，传统的量子擦除纠错利用基于光电和电光转换的前馈技术，这在很大程度限制了量子擦除纠错的传输带宽。更重要的是，传统的连续变量量子擦除纠错是基于单通道双模量子纠缠态的，只能恢复两个光学模式的量子信息。

为了解决这些问题，荆杰泰教授研究团队提出了一种复用型全光量子擦除纠错方案。在实验中，如图1(a)所示，利用轨道角动量复用技术在两个待传量子态中编码四个正交轨道角动量模式。之后，利用轨道角动量复用的量子纠缠态编码待传量子态，并对编码后的态进行传输。在一个传输信道的信息被完全擦除之后，使用轨道角动量匹配的低噪声光学参量放大器和马赫-曾德尔干涉仪实现了四个光学模式量子信息的同时恢复。实验结果如图1(b)所示，每个输出态的保真度均超过了相应的经典极限，展示了该方案两个输入态中的四个正交轨道角动量模式可以同时受到保护，免受四个通道中任何一个通道中量子信息擦除的影响。该研究结果为实现量子擦除纠错提供了一个全光平台，在实现全光容错量子信息处理方面具有潜在的应用前景。研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表于Physical Review Letters 132, 040601 (2024)。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.040601

图1: (a)复用型全光量子擦除纠错协议实验装置；(b) 实验结果