我国量子研究再获重大进展首次实现高维度量子隐形传态

本篇文章1507字，读完约4分钟

人民网北京8月19日电(赵)中国科技大学的潘剑炜、卢朝阳、刘乃乐与奥地利维也纳大学的塞林格集团合作，在世界上首次成功实现了高维度度量子系统的隐形传态。据中国科技大学官方网站18日发布的消息，这是自1997年实现二维量子隐形传态实验以来，科学家首次从理论和实验上将量子隐形传态扩展到任何维度，为复杂量子系统的完全态传输和高效量子网络的发展奠定了坚实的科学基础。

8月15日，这篇论文以编辑推荐的形式发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。包括美国物理学会物理杂志、英国物理学会物理世界网站和科学美国人在内的国际权威学术和科普媒体对这项工作进行了专题报道。

量子信息通过精确而主动地操纵光子和原子等微观粒子，以革命性的方式对信息进行编码、存储和传输，从而突破了传统信息技术在信息安全和计算速度方面的瓶颈。量子通信是目前唯一被证明是无条件安全的通信方法，可以有效解决信息安全传输问题。量子计算由于其超高速并行计算能力，有望为密码分析、大数据处理和材料设计等大规模计算问题提供解决方案。量子隐形传态是远程量子通信和分布式量子计算的核心功能单元，可以将未知的量子态传输到遥远的地方，而不需要传输物质本身。

为了实现复杂量子物理系统的完全态传输并将其应用于可伸缩的量子信息技术，量子隐形传态需要多体、多终端、多自由度、高维和长距离。真实的物理系统通常包含多个粒子，每个粒子包含多个自由度，每个自由度可以有多个维度。围绕这一重要目标，潘剑伟和他的同事们进行了长期的探索和培养。

1997年，潘建伟和奥地利同事首次实现了独立光子偏振态量子隐形传态的实验验证。这项工作入选《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”，同时入选的还有伦琴发现x光、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现dna双螺旋结构等影响世界的重大科技成果。2004年，潘剑伟的团队展示了开放式终端的量子隐形传态。2006年，该团队实现了双光子复合系统的量子隐形传态。2015年，该团队实现了多自由度的单光子隐形传态。2017年，基于墨子量子科学实验卫星，该团队将量子隐形传态的距离提高到了几千公里。

到目前为止，所有的量子隐形传态实验都局限于二维量子态空.作为量子系统完全传输中最后一个需要解决的挑战，高维量子态的隐形传态由于其可行性、理论方案和实验技术的双重困难而一直悬而未决。对于高维系统，必须发展一种新的可行的理论方案，因为贝尔态的数目随着维数的平方项的增加而增加，而复杂纠缠特性随着维数的增加而增加。在实验技术中，高维贝尔态的测量需要等价地实现独立光子的高维量子态之间的控制逻辑门，这也是量子信息技术的无人区。

要解决这个关键问题，需要理论和实验同步创新。2014年，潘剑炜和卢朝阳完成了多自由度量子隐形传态实验后，他们立即投入到高维课题的研究中长达五年。理论上，该团队首先提出了贝尔态测量和量子隐形传态方案，该方案可以扩展到光子系统的任何维度；在实验中，团队引入了一个额外的辅助光子，开发了一种高稳定性的多通道路径干涉技术，开创了多光子多维相互作用的实验，在此基础上，实现了高维度量的隐形传态。本实验测试了三维量子态的12个无偏基向量，测得高维量子隐形传态的保真度为75%，超过经典极限25个统计标准差，严格证明了这一过程的非经典和高维特征。

评论者指出，“高维量子隐形传态是量子通信领域的一个长期挑战”，“解决这一挑战将开启量子力学和量子技术激动人心的新应用”，“这是一个非常英勇的努力”，“这显然是量子通信领域的一个里程碑”。根据美国物理学会物理杂志对这项工作的总结，“这是第一次实现三维量子态的隐形传态实验，为粒子的完全量子态的传输铺平了道路。”

来源：搜狐微门户