“量子三元”传输实验是量子传送的第一次概念验证演示,它预示着量子通信向前迈出了重要一步。
郭光灿院士
中国科技大学物理学家郭光灿院士和他的同事们在4月28日发表论文报告了他们的结果,尽管这项工作仍有待在同行评审。 6月24日,另一支由奥地利科学院的安东·赫林格(Anton Zeilinger)和中国科技大学的潘建伟教授领导的国际合作团队也报告了其结果,该论文已被《物理评论快报》公布。
量子隐形传输又称量子遥传,量子隐形传送、量子隐形传态,它是一种利用量子纠缠来传送量子态至任意距离的技术。需要指出的是,量子隐形传输并不会传送任何物质或能量,因此无法使用在超光速的通讯上面。但这种技术在量子信息与量子计算上相当有帮助。另外,量子隐形传输也和一般所说的瞬间移动没有关系,量子隐形传输无法传递系统本身,也无法用来安排分子以在另一端组成物体。
量子三元
在解释量子三元概念之前,有必要先弄清量子比特。量子比特在量子信息学中是量子信息的计量单位。传统计算机使用的是0和1,量子计算机虽然也是使用0跟1,但不同的是,量子计算机的0与1可以同时计算。在古典系统中,一个比特在同一时间,只有0或1,不是0就是1,不是1就是0,只存在一种状态,但量子比特可以是1同时也可以是0,两种状态同时存在,这种效果叫量子叠加。这是量子计算机计算当前独有的特性。量子三元(qutrit)是量子比特的推广。量子三元以狄拉克标记右括向量表示可写为:
一个自旋为1的粒子,其自旋自由度有三,所对应的本征值为+1, 0, -1,此粒子即可用作量子三元。
阿尔伯特爱因斯坦认为,通过一种称为量子纠缠的现象,量子隐形传输从一个地方到另一个地方获得量子信息。这就是两个量子粒子(或粒子群)相互连接的地方,因此无论它们在物理上有多远,它们都能揭示另一个量子粒子的性质。
这不是科幻意义上的实际隐形传态,而是根据另一个地方的其他读数立即从一个地方获取数据,可能是在很远的距离。这种量子信息可以通过光子光束传播,我们将来可能会看到的一种用途是创建不受限制的互联网网络。
通过精确校准的激光器,分束器和硼酸钡晶体,将光子的路径分成三个非常接近的部分,研究人员能够创造出它们的量子位并产生纠缠状态。
在12个状态或纠缠的测量中,系统产生0.75的保真度(四分之三的准确结果)。研究人员表示,尽管这种实验设置仍然缓慢且效率低下,但足以显示出传送是可能的。
潘建伟教授
潘建伟的团队目前只记录了10个状态的量子三元远程传送,但尚无同行对此进去评审验证。尽管如此,这都是量子通信领域的一个重要时刻。
潘建伟团队表示,未来他们应该能够升级他们的系统。
研究人员在论文中表示:“结合以前传送双粒子复合状态和多自由度的方法,我们的工作提供了一个完整的传送量子粒子的完整工具箱。我们期望我们的研究成果将为高维量子技术应用铺平道路,因为远距传送在量子中继器和量子网络中起着核心作用。”