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?中國首實現高維度量子隱形傳態 奠定高效網絡基礎

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时间:2019-09-22 08:58  稿件来源:大公報


  中國科學技術大學日前宣布,該校潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等科學家和奧地利維也納大學塞林格小組合作,在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態。

  這是自1997年實現二維量子隱形傳態實驗以來,科學家第一次在理論和實驗上把量子隱形傳態擴展到任意維度,為復雜量子系統的完整態傳輸以及發展高效量子網絡奠定了堅實的科學基礎。

  上述成果日前發表在國際權威學術期刊《物理評論快報》上,審稿人認為,“這是一個非常英雄式的努力”,“這明顯是量子通信領域的一個裏程碑”。

  中國科學技術大學教授潘建偉院士接受媒體采訪時表示,量子隱形傳態是一種全新的通信方式,類似於科幻電影中的星際穿越。

  量子隱形傳態是一種利用分散量子纏結與一些物理訊息的轉換來傳送量子態至任意距離位置的技術。

  “量子隱形傳態,是一種全新的通信方式,類似於科幻電影中的星際穿越”,中國科學技術大學教授潘建偉院士向內地媒體表示,它能借助量子糾纏這一特性,將未知的量子態傳輸到遙遠地點,而不用傳送物質本身,是遠距離量子通信和分布式量子計算的核心功能單元。

  量子通信是目前唯一被證明無條件安全的通訊方式,可以有效解決信息安全傳輸問題。

  唯一無條件安全通訊方式

  在自然世界中,真實的物理體系往往包括多個粒子,每個粒子包含多種自由度,而每個自由度又可以有多個維度。要真正實現復雜量子物理系統的完整態傳輸,並把它應用於可擴展的量子信息技術,量子隱形傳態就需要走向多體、多終端、多自由度、高維度和遠距離。為此,潘建偉及其同事進行了長期探索。

  迄今為止,所有的量子隱形傳態實驗都局限於量子態的二維子空間。高維量子態的隱形傳態作為完整傳輸一個量子系統的最後一個待解決挑戰,由於其可行性理論方案和實驗技術上的雙重困難,一直懸而未決。

  對於高維體系,由於其以維度的平方項增多的貝爾態數量和隨之增加的復雜糾纏特性,必須發展出一套全新的可行理論方案。在實驗技術上,高維貝爾態測量需要等效地實現獨立光子的高維量子態之間的控制邏輯門,這也是量子信息技術的無人區。

  開創多維度實驗先河

  解決這個關鍵問題需要理論和實驗的同步創新。2014年,潘建偉、陸朝陽等完成多自由度量子隱形傳態實驗後,隨即投入了對高維度課題的研究。

  在理論上,該團隊首次提出了光子體系中可擴展至任意維度的貝爾態測量和量子隱形傳態方案;在實驗上,該團隊引入一個額外輔助光子,發展了高穩定性多通道路徑幹涉技術,開創了多光子多維度相互作用的實驗先河,在此基礎上實現了高維度量子隱形傳態。

  該實驗中測試了三維量子態的全部12個無偏基矢,測量了高維量子隱形傳態保真度為75%,以25個統計標準偏差超出了經典界限,嚴格證明了該過程的非經典性以及高維特性。

  話妳知:量子隱形傳態

  量子隱形傳態指不用傳送物質本身,借助量子的糾纏特性將未知的量子態傳輸到遠方,從而成為遠距離量子通信和分布式量子計算的核心功能單元,是實現實用化量子通信和量子計算的核心技術之一,為復雜量子系統的傳輸以及發展高效量子網絡奠定科學基礎。

  通過對光子、原子等微觀粒子的操縱,量子信息以一種變革性的方式對信息進行編碼、儲存和傳輸,從而突破傳統信息技術的瓶頸。其中量子通信可以解決信息的安全傳輸問題,量子計算可以實現超快的並行計算能力。

  長期以來,量子隱形傳態實驗都局限於量子態的二維子空間。要完整傳輸一個量子系統,必須實現高維量子態的隱形傳態。

【編輯:易小娇

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