量子信息协议旨在利用量子物理学的基本原理，开发出超越经典信息系统的高安全性、大容量信息传输以及处理方式。目前，随着对量子信息科学研究的不断深入，具有不同功能的量子信息协议已经被提出并实验实现，例如量子隐形传态协议、量子密集编码协议、量子秘密共享协议和量子克隆协议。这些协议所实现的功能在经典信息系统中是无法实现的。

        通常的量子信息系统一般只能执行单一的量子信息协议，然而量子信息任务不可能一成不变，因此开发一个兼容多种量子信息协议的多功能平台对于未来量子信息技术的实际应用至关重要。

        在本研究工作中，荆杰泰教授团队实现了一种多功能全光量子态传输机，它由一个增益可调参量放大器，一个光学分束器和一个Einstein-Podolsky-Rosen(EPR) 纠缠源组成。该多功能全光量子态传输机可以实现三种不同功能的全光量子信息协议，包括全光量子隐形传态协议、部分无实体全光量子态传输协议以及全光量子克隆协议。另外，该团队实验证明了部分无实体全光量子态传输协议可以显著提升量子态传输的保真度。

　　如图1(a)所示，在实验中，该团队首先利用基于原子系综四波混频过程的可调增益参量放大器、分光比可调分束器和基于原子系综四波混频过程的EPR量子纠缠态构建了多功能全光量子态传输机的实验装置，并通过平衡零拍探测来测量态传输的保真度。当参量放大器的增益远大于1时，多功能全光量子态传输机执行全光量子隐形传态协议；当参量放大器的增益不满足远大于1条件时，多功能全光量子态传输机执行部分无实体全光量子态传输协议；当不使用量子纠缠态时，多功能全光量子态传输机执行全光量子克隆协议。具体实验结果如图1(b)所示。另外，该团队实验证明了多功能全光量子态传输机的宽带特性，其可以实现1 MHz到3.8 MHz的量子态传输。更重要的是，该团队证明了在相同的纠缠强度下，与全光量子隐形传态协议相比，部分无实体全光量子态传输协议可以显著提升量子态传输的保真度，实验实现了态传输保真度从0.62增强至0.80。该多功能全光量子态传输机为构建多功能连续变量量子信息系统开辟了道路。该研究成果发表于Phys. Rev. Lett. 126, 210507 (2021) 。

图1: (a)多功能全光量子态传输机示意图。(b)全光量子隐形传态协议、部分无实体全光量子态传输协议和全光量子克隆协议的典型实验结果。