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中奥科学家首次实现高维度量子“隐形传态”

| 2020-09-09

  量子“隐形传态”是实现实用化量子通信和量子计算的核心技术之一。近期,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等人和奥地利维也纳大学安东⋅塞林格小组合作,在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为复杂量子系统的传输以及发展高效量子网络奠定科学基础。国际权威学术期刊《物理评论快报》日前发表了该成果。

  通过对光子、原子等微观粒子的操纵,量子信息以一种变革性的方式对信息进行编码、储存和传输,从而突破传统信息技术的瓶颈。其中量子通信可以解决信息的安全传输问题,量子计算可以实现超快的并行计算能力。

  量子隐形传态是指不用传送物质本身,借助量子的纠缠特性将未知的量子态传输到远方,从而成为远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

  现实中的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子包含多种自由度,每个自由度又可能有多个维度。1997年,潘建伟和奥地利科学家合作,首次实现了独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证,这项研究的论文与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论等重大成果一起,入选了《自然》杂志评选的“百年物理学21篇经典论文”。2017年,基于“墨子号”量子卫星,潘建伟团队将量子隐形传态的距离推进至千公里量级。

  但长期以来,量子隐形传态实验都局限于量子态的二维子空间。要完整传输一个量子系统,必须实现高维量子态的隐形传态。近期,潘建伟团队基于近5年来的潜心研究,在理论上首次提出了光子体系中可扩展至任意维度的贝尔态测量和量子隐形传态方案;在实验上,他们引入一个额外辅助光子,发展了高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,在此基础上实现了高维度量子隐形传态。

  《物理评论快报》审稿人认为,这是量子通信领域的一个里程碑,“解决这个挑战,将开启量子技术激动人心的新应用”。美国物理学会《物理》杂志表示,这为传输粒子的完整量子态铺平了道路。

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