新華社合肥6月4日電(記者熊潤(rùn)頻)存放著機(jī)密文件的保險(xiǎn)箱被放入一個(gè)特殊裝置之后，可以突然消失，并且同一瞬間出現(xiàn)在相距遙遠(yuǎn)的另一個(gè)特定裝置中，被人方便地取出。記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，日前，由中國(guó)科大和清華大學(xué)組成的聯(lián)合小組在量子態(tài)隱形傳輸技術(shù)上取得的新突破，可能使這種以往只能出現(xiàn)在科幻電影中的“超時(shí)空穿越”神奇場(chǎng)景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
據(jù)聯(lián)合小組研究成員彭承志教授介紹，作為未來(lái)量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心要素，量子態(tài)隱形傳輸是一種全新的通信方式，它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息，而是量子態(tài)攜帶的量子信息。
“在經(jīng)典狀態(tài)下，一個(gè)個(gè)獨(dú)立的光子各自攜帶信息，通過(guò)發(fā)送和接收裝置進(jìn)行信息傳遞。但是在量子狀態(tài)下，兩個(gè)糾纏的光子互為一組，互相關(guān)聯(lián)，并且可以在一個(gè)地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個(gè)地方瞬間神秘出現(xiàn)。量子態(tài)隱形傳輸利用的就是量子的這種特性，我們首先把一對(duì)攜帶著信息的糾纏的光子進(jìn)行拆分，將其中一個(gè)光子發(fā)送到特定位置，這時(shí)，兩地之間只需要知道其中一個(gè)光子的即時(shí)狀態(tài)，就能準(zhǔn)確推測(cè)另外一個(gè)光子的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)類似‘超時(shí)空穿越’的通信方式。”彭承志說(shuō)。
據(jù)介紹，量子態(tài)隱形傳輸一直是學(xué)術(shù)界和公眾的關(guān)注焦點(diǎn)。1997年，奧地利蔡林格小組在室內(nèi)首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫?shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子“超時(shí)空穿越”距離提高到600米。但由于光纖信道中的損耗和環(huán)境的干擾，量子態(tài)隱形傳輸?shù)木嚯x難以大幅度提高。
2004年，中國(guó)科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子通信。在自由空間，環(huán)境對(duì)光量子態(tài)的干擾效應(yīng)極小，而光子一旦穿透大氣層進(jìn)入外層空間，其損耗更是接近于零，這使得自由空間信道比光纖信道在遠(yuǎn)距離傳輸方面更具優(yōu)勢(shì)。
據(jù)悉，該小組早在2005年就在合肥創(chuàng)造了13公里的自由空間雙向量子糾纏“拆分”、發(fā)送的世界紀(jì)錄，同時(shí)驗(yàn)證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子的可行性。2007年開始，中國(guó)科大——清華大學(xué)聯(lián)合研究小組在北京架設(shè)了長(zhǎng)達(dá)16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，最終在2009年成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實(shí)了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來(lái)基于衛(wèi)星中繼的全球化量子通信網(wǎng)奠定了可靠基礎(chǔ)。
據(jù)悉，該成果已經(jīng)發(fā)表在6月1日出版的英國(guó)《自然》雜志子刊《自然·光子學(xué)》上，并引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
相關(guān)新聞：我科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)量子態(tài)隱形傳輸
科技日?qǐng)?bào) 2006年10月11日 報(bào)道
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)新聞中心今天宣布，曾被評(píng)為中國(guó)十大科技新聞人物的該校潘建偉教授和他的同事楊濤、張強(qiáng)等通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)兩粒子復(fù)合系統(tǒng)量子態(tài)隱形傳輸。最新出版的英國(guó)《自然》雜志在其子刊《自然?物理》10月號(hào)以封面文章發(fā)表了這一研究成果。
由于未知量子態(tài)不能被精確克隆，傳輸未知量子態(tài)只能通過(guò)傳輸物質(zhì)粒子加以實(shí)現(xiàn)，而傳輸過(guò)程中的損耗和干擾卻使得量子信息的傳輸極其困難。但量子態(tài)隱形傳輸借助量子糾纏可以巧妙解決這一問題，并在遠(yuǎn)距離量子通信中起核心作用。1997年，由潘建偉及其奧地利同事首次完成的單光子量子態(tài)隱形傳輸，被公認(rèn)為量子信息發(fā)展的一個(gè)里程碑。和單個(gè)量子態(tài)相比所具有的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)復(fù)合系統(tǒng)量子態(tài)隱形傳輸在技術(shù)上面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中國(guó)科大課題組，同德國(guó)、奧地利等國(guó)的同事合作，對(duì)這一世界性難題進(jìn)行了近10年的研究。他們首先對(duì)飛秒脈沖激光器進(jìn)行改造，將其輸出功率提高了一倍以上，并通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)解決了倍頻晶體容易損傷的問題，這樣就可以在實(shí)驗(yàn)上同時(shí)操縱三對(duì)超高亮度的糾纏光子對(duì)。其中的一對(duì)光子可以制備成待傳輸?shù)母鞣N兩光子復(fù)合系統(tǒng)，另外兩對(duì)糾纏光子構(gòu)成并行的量子通道，分別用來(lái)隱形傳輸復(fù)合系統(tǒng)中兩個(gè)光子的量子態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不僅兩個(gè)光子的量子態(tài)能被精確傳輸，兩光子系統(tǒng)中的各種關(guān)聯(lián)關(guān)系也能被精確傳輸。該實(shí)驗(yàn)不僅在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了復(fù)合系統(tǒng)量子態(tài)的隱形傳輸，而且第一次成功實(shí)現(xiàn)了六光子糾纏態(tài)的操縱。
《自然》雜志對(duì)該項(xiàng)工作的專門報(bào)道中，稱贊潘建偉等人的實(shí)驗(yàn)成果是“在大尺度量子通信研究中取得的長(zhǎng)足進(jìn)展”。
相關(guān)新聞：美科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)原子和光子間量子態(tài)隱形傳輸
新華網(wǎng) 2005年12月08日 報(bào)道
新華網(wǎng)倫敦１２月８日電（記者曹麗君）美國(guó)的兩個(gè)研究小組最近分別利用類似的方法，實(shí)現(xiàn)了原子和光子之間的量子態(tài)隱形傳輸，此項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)突破將為建造“堅(jiān)不可摧”的全球通信網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算速度驚人的量子計(jì)算機(jī)奠定基礎(chǔ)。兩個(gè)小組的研究報(bào)告同時(shí)登載在８日出版的最新一期《自然》雜志上。
所謂量子態(tài)是指原子、中子、質(zhì)子等粒子的狀態(tài)，它可表征粒子的能量、旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)以及其他的物理特性。１９９３年，美國(guó)物理學(xué)家貝尼特等人提出了“量子態(tài)隱形傳輸”的方案：將原粒子物理特性的信息發(fā)向遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子，該粒子在接收到這些信息后，會(huì)成為原粒子的復(fù)制品。而在此過(guò)程中，傳輸?shù)氖窃Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是原粒子本身。傳輸結(jié)束后，原粒子已經(jīng)不具備原來(lái)的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。去年６月，美國(guó)和奧地利的科學(xué)家曾實(shí)現(xiàn)了原子間的量子態(tài)隱形傳輸。
此次，美國(guó)哈佛大學(xué)和佐治亞技術(shù)研究所的科學(xué)家對(duì)更復(fù)雜的原子和光子間量子態(tài)隱形傳輸進(jìn)行了嘗試，并獲得了成功。研究中，他們分別利用一束強(qiáng)激光轟擊一團(tuán)銣原子，生成了具備這團(tuán)銣原子量子態(tài)的單個(gè)光子。隨后，科學(xué)家將該光子傳送過(guò)１００米長(zhǎng)的光纜，又生成了攜帶同樣量子態(tài)的另一團(tuán)銣原子，實(shí)現(xiàn)了原子與光子間的量子態(tài)隱形傳輸。哈佛大學(xué)的研究人員指出，實(shí)驗(yàn)中最復(fù)雜的任務(wù)是將單個(gè)光子從激光中分離出來(lái)，他們利用了晶體，根據(jù)光子的極性、反射率和吸收率實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。
量子計(jì)算機(jī)是遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的裝置，其基本信息單位是量子比特。目前，攜帶量子比特的光子在光纜中傳播幾十公里后就會(huì)衰竭，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)距離傳送。哈佛大學(xué)的研究人員說(shuō)，此項(xiàng)新技術(shù)可以完成量子比特的連續(xù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)光子的再傳輸，因此有助于建立長(zhǎng)距離的光量子通信，同時(shí)還將有效保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的私密。
相關(guān)新聞：物理學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)原子間的量子態(tài)隱形傳輸
新華網(wǎng) 2004-06-18 報(bào)道
新華網(wǎng)倫敦６月１７日電（記者曹麗君）美國(guó)和奧地利的物理學(xué)家在１７日出版的英國(guó)《自然》雜志上分別報(bào)告說(shuō)，他們首次在沒有任何物理連接的情況下，實(shí)現(xiàn)了原子間的量子態(tài)隱形傳輸。這一重大科學(xué)突破將為研制量子計(jì)算機(jī)奠定基礎(chǔ)。
所謂量子態(tài)是指原子、中子、質(zhì)子等粒子的狀態(tài)，它可表征粒子的能量、旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)以及其他的物理特性。１９９３年，美國(guó)物理學(xué)家貝尼特等人提出了“量子態(tài)隱形傳輸”的方案：將原粒子物理特性的信息發(fā)向遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子，該粒子在接收到這些信息后，會(huì)成為原粒子的復(fù)制品。而在此過(guò)程中，傳輸?shù)氖窃Ｗ拥牧孔討B(tài)，而不是原粒子本身。傳輸結(jié)束后，原粒子已經(jīng)不具備原來(lái)的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的科學(xué)家說(shuō)，他們利用激光技術(shù)，對(duì)三個(gè)帶有正電荷的鈹原子的量子態(tài)進(jìn)行操作。首先，他們利用量子糾纏技術(shù)使其中兩個(gè)原子的量子態(tài)完全一致。接著，他們準(zhǔn)確地測(cè)量了這兩個(gè)原子的量子態(tài)，然后通過(guò)激光將它們的量子態(tài)復(fù)制到８微米外的另一個(gè)原子上。整個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)控制，僅耗時(shí)４毫秒，傳輸成功率達(dá)到７８％。
奧地利因斯布魯克大學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的另一個(gè)研究小組采用鈣原子，同樣實(shí)現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，成功率為７５％。基本原理也是利用第三個(gè)原子為輔助，用激光將一個(gè)原子的量子態(tài)傳遞給另一個(gè)原子。兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在具體方法上有所不同，奧地利小組使兩個(gè)原子距離相對(duì)較遠(yuǎn)，以便用激光單獨(dú)地改變一個(gè)原子的狀態(tài)；美國(guó)小組則將原子冷卻以保持操作的可靠性。
量子計(jì)算機(jī)是遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的裝置。其基本信息單位是量子比特，但現(xiàn)有技術(shù)還不能使量子比特快速移動(dòng)。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所在一份聲明中說(shuō)：“利用我們報(bào)告的這種隱形傳輸技術(shù)，可以提升量子比特的移動(dòng)速度，加快邏輯運(yùn)算的速度。”另外，量子態(tài)隱形傳輸所傳輸?shù)氖橇孔有畔ⅲ橇孔油ㄐ抛罨镜倪^(guò)程，新突破將為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速儲(chǔ)存、處理和回收奠定基礎(chǔ)。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子信息實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦教授對(duì)新華社記者說(shuō)，上述成果是在量子信息理論框架指引下往前走的一步，證實(shí)了量子信息的有關(guān)理論預(yù)言和該領(lǐng)域的潛在能力。以前科學(xué)家曾經(jīng)成功地對(duì)光子進(jìn)行量子態(tài)隱形傳輸，而光子主要用于量子通信，原子在量子計(jì)算中更有潛力。他說(shuō)，實(shí)現(xiàn)原子間量子態(tài)隱形傳輸將有助于研制量子計(jì)算機(jī)，不過(guò)還不能從根本上解決量子計(jì)算研究面臨的問題。
