近日，AC米兰中文官方网站逯鹤课题组在量子网络纠缠刻画方面取得新进展。研究团队基于宽带薄膜铌酸锂集成量子光源构建了四用户全连接时间编码量子网络，并在20公里端到端光纤传输条件下，实现了测量设备无关（Measurement-Device-Independent, MDI）的量子纠缠判定与量化。相关研究成果以“Measurement-Device-Independent Entanglement Quantification in a Fully Connected Time-Bin Quantum Network”为题，于9月30日发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。物理学院博士研究生刘露和孔令轩为论文共同第一作者，博士研究生卢泽扬和彭绪捷参与了该项研究工作，博士后房晓旭和逯鹤为论文通讯作者，山东大学为论文唯一作者单位。

量子纠缠是量子通信和量子网络的核心资源。随着量子网络向多用户和大规模方向发展，如何可靠地判定和量化网络中分发的量子纠缠成为重要问题。传统的量子态层析和纠缠目击方法依赖于对测量设备的准确标定，测量装置的误差甚至人为操纵都可能导致错误的纠缠判断。测量设备无关方法能够消除对测量装置的信任要求，为可靠的量子纠缠刻画提供重要途径。然而，已有实验方案通常需要额外制备可信的辅助光子，使其在复杂量子网络中的应用面临较高的实验资源开销。

针对这一问题，研究团队提出利用同一光子的不同自由度同时承载量子纠缠和可信量子输入。如图1所示，研究团队利用周期极化薄膜铌酸锂（PPLNOI）宽带纠缠光源和密集波分复用技术，构建了包含四个用户、六条两两纠缠链路的全连接时间编码量子网络。在测量端，网络分发的量子纠缠编码在光子的时间自由度，而测量设备无关协议所需的可信量子输入则编码在同一光子的偏振自由度，并通过两个自由度之间的贝尔态测量实现纠缠刻画。这一方案无需额外制备辅助光子，显著降低了测量设备无关纠缠刻画的实验资源需求。研究团队进一步在20公里端到端光纤传输条件下，实现了全部六条链路的测量设备无关纠缠判定和量化。

图1：基于多自由度编码的四用户全连接量子网络及测量设备无关纠缠刻画实验示意图

实验结果如图2所示。研究团队首先通过时间偏移攻击展示了传统纠缠目击对测量设备的依赖：通过人为操纵光子的到达时间，可以使原本不具有纠缠的量子态被错误判定为纠缠态。相比之下，测量设备无关方法在四用户全连接量子网络的全部六条链路上均实现了可靠的纠缠判定。进一步地，研究团队利用同一组测量数据实现了纠缠的定量刻画，实验结果能够有效反映不同量子态纠缠强度的变化，从而实现了对网络纠缠从可靠判定到可靠量化的拓展。

图2：传统纠缠见证的时间偏移攻击及测量设备无关的纠缠判定和定量

该工作将测量设备无关的纠缠判定与量化拓展到全连接时间编码量子网络，并通过多自由度编码避免了额外辅助光子带来的资源开销，为在复杂量子网络中实现资源高效、可靠的纠缠刻画提供了新的实验途径。结合宽带集成量子光源的波分复用能力，该方案可进一步拓展至更多用户和更复杂的网络结构，为大规模量子网络中纠缠资源的可靠验证与应用提供技术基础。

该工作得到了国家自然科学基金、山东省重大基础研究计划、山东省自然科学基金、山东省泰山学者和山东省基础研究特区（物理学）项目的支持。

论文信息：

Lu Liu, Ling-Xuan Kong, Ze-Yang Lu, Xu-Jie Peng, Xiao-Xu Fang, and He Lu, “Measurement-Device-Independent Entanglement Quantification in a Fully Connected Time-Bin Quantum Network,” Physical Review Letters 137, 140802 (2026).

DOI:https://doi.org/10.1103/hpfg-ljzr