新華社合肥6月4日電(記者熊潤頻)存放著機密文件的保險箱被放入一個特殊裝置之后，可以突然消失，并且同一瞬間出現(xiàn)在相距遙遠的另一個特定裝置中，被人方便地取出。記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，日前，由中國科大和清華大學組成的聯(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“超時空穿越”神奇場景變?yōu)楝F(xiàn)實。
據(jù)聯(lián)合小組研究成員彭承志教授介紹，作為未來量子通信網(wǎng)絡的核心要素，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，一個個獨立的光子各自攜帶信息，通過發(fā)送和接收裝置進行信息傳遞。但是在量子狀態(tài)下，兩個糾纏的光子互為一組，互相關(guān)聯(lián)，并且可以在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現(xiàn)。量子態(tài)隱形傳輸利用的就是量子的這種特性，我們首先把一對攜帶著信息的糾纏的光子進行拆分，將其中一個光子發(fā)送到特定位置，這時，兩地之間只需要知道其中一個光子的即時狀態(tài)，就能準確推測另外一個光子的狀態(tài)，從而實現(xiàn)類似‘超時空穿越’的通信方式。”彭承志說。
據(jù)介紹，量子態(tài)隱形傳輸一直是學術(shù)界和公眾的關(guān)注焦點。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)脑硇詫嶒烌炞C。2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子“超時空穿越”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，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現(xiàn)更遠距離的量子通信。在自由空間，環(huán)境對光量子態(tài)的干擾效應極小，而光子一旦穿透大氣層進入外層空間，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距離傳輸方面更具優(yōu)勢。
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)送的世界紀錄，同時驗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，中國科大——清華大學聯(lián)合研究小組在北京架設(shè)了長達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年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來基于衛(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《自然》雜志子刊《自然·光子學》上，并引起了國際學術(shù)界的廣泛關(guān)注。
相關(guān)新聞：我科學家首次實現(xiàn)復合系統(tǒng)量子態(tài)隱形傳輸
科技日報 2006年10月11日 報道
中國科學技術(shù)大學新聞中心今天宣布，曾被評為中國十大科技新聞人物的該校潘建偉教授和他的同事楊濤、張強等通過實驗，在國際上首次實現(xiàn)兩粒子復合系統(tǒng)量子態(tài)隱形傳輸。最新出版的英國《自然》雜志在其子刊《自然?物理》10月號以封面文章發(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)只能通過傳輸物質(zhì)粒子加以實現(xiàn)，而傳輸過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，被公認為量子信息發(fā)展的一個里程碑。和單個量子態(tài)相比所具有的復雜性，實現(xiàn)復合系統(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)導的中國科大課題組，同德國、奧地利等國的同事合作，對這一世界性難題進行了近10年的研究。他們首先對飛秒脈沖激光器進行改造，將其輸出功率提高了一倍以上，并通過巧妙的設(shè)計解決了倍頻晶體容易損傷的問題，這樣就可以在實驗上同時操縱三對超高亮度的糾纏光子對。其中的一對光子可以制備成待傳輸?shù)母鞣N兩光子復合系統(tǒng)，另外兩對糾纏光子構(gòu)成并行的量子通道，分別用來隱形傳輸復合系統(tǒng)中兩個光子的量子態(tài)。實驗結(jié)果表明，不僅兩個光子的量子態(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。該實驗不僅在國際上首次成功實現(xiàn)了復合系統(tǒng)量子態(tài)的隱形傳輸，而且第一次成功實現(xiàn)了六光子糾纏態(tài)的操縱。
《自然》雜志對該項工作的專門報道中，稱贊潘建偉等人的實驗成果是“在大尺度量子通信研究中取得的長足進展”。
相關(guān)新聞：美科學家首次實現(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 報道
新華網(wǎng)倫敦１２月８日電（記者曹麗君）美國的兩個研究小組最近分別利用類似的方法，實現(xiàn)了原子和光子之間的量子態(tài)隱形傳輸，此項關(guān)鍵的技術(shù)突破將為建造“堅不可摧”的全球通信網(wǎng)絡和運算速度驚人的量子計算機奠定基礎(chǔ)。兩個小組的研究報告同時登載在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)、運動、磁場以及其他的物理特性。１９９３年，美國物理學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)向遠處的另一個粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復制品。而在此過程中，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)不具備原來的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。去年６月，美國和奧地利的科學家曾實現(xiàn)了原子間的量子態(tài)隱形傳輸。
此次，美國哈佛大學和佐治亞技術(shù)研究所的科學家對更復雜的原子和光子間量子態(tài)隱形傳輸進行了嘗試，并獲得了成功。研究中，他們分別利用一束強激光轟擊一團銣原子，生成了具備這團銣原子量子態(tài)的單個光子。隨后，科學家將該光子傳送過１００米長的光纜，又生成了攜帶同樣量子態(tài)的另一團銣原子，實現(xiàn)了原子與光子間的量子態(tài)隱形傳輸。哈佛大學的研究人員指出，實驗中最復雜的任務是將單個光子從激光中分離出來，他們利用了晶體，根據(jù)光子的極性、反射率和吸收率實現(xiàn)了這一點。
量子計算機是遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲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衰竭，無法進行長距離傳送。哈佛大學的研究人員說，此項新技術(shù)可以完成量子比特的連續(xù)存儲，實現(xiàn)光子的再傳輸，因此有助于建立長距離的光量子通信，同時還將有效保護網(wǎng)絡的私密。
相關(guān)新聞：物理學家首次實現(xiàn)原子間的量子態(tài)隱形傳輸
新華網(wǎng) 2004-06-18 報道
新華網(wǎng)倫敦６月１７日電（記者曹麗君）美國和奧地利的物理學家在１７日出版的英國《自然》雜志上分別報告說，他們首次在沒有任何物理連接的情況下，實現(xiàn)了原子間的量子態(tài)隱形傳輸。這一重大科學突破將為研制量子計算機奠定基礎(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)、運動、磁場以及其他的物理特性。１９９３年，美國物理學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)向遠處的另一個粒子，該粒子在接收到這些信息后，會成為原粒子的復制品。而在此過程中，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)不具備原來的量子態(tài)，而有了新的量子態(tài)。
美國國家標準與技術(shù)研究所的科學家說，他們利用激光技術(shù)，對三個帶有正電荷的鈹原子的量子態(tài)進行操作。首先，他們利用量子糾纏技術(shù)使其中兩個原子的量子態(tài)完全一致。接著，他們準確地測量了這兩個原子的量子態(tài)，然后通過激光將它們的量子態(tài)復制到８微米外的另一個原子上。整個過程由計算機控制，僅耗時４毫秒，傳輸成功率達到７８％。
奧地利因斯布魯克大學的科學家領(lǐng)導的另一個研究小組采用鈣原子，同樣實現(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原子為輔助，用激光將一個原子的量子態(tài)傳遞給另一個原子。兩項實驗在具體方法上有所不同，奧地利小組使兩個原子距離相對較遠，以便用激光單獨地改變一個原子的狀態(tài)；美國小組則將原子冷卻以保持操作的可靠性。
量子計算機是遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲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。美國國家標準與技術(shù)研究所在一份聲明中說：“利用我們報告的這種隱形傳輸技術(shù)，可以提升量子比特的移動速度，加快邏輯運算的速度。”另外，量子態(tài)隱形傳輸所傳輸?shù)氖橇孔有畔?，它是量子通信最基本的過程，新突破將為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速儲存、處理和回收奠定基礎(chǔ)。
中國科學技術(shù)大學量子信息實驗室主任郭光燦教授對新華社記者說，上述成果是在量子信息理論框架指引下往前走的一步，證實了量子信息的有關(guān)理論預言和該領(lǐng)域的潛在能力。以前科學家曾經(jīng)成功地對光子進行量子態(tài)隱形傳輸，而光子主要用于量子通信，原子在量子計算中更有潛力。他說，實現(xiàn)原子間量子態(tài)隱形傳輸將有助于研制量子計算機，不過還不能從根本上解決量子計算研究面臨的問題。
