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60项科学成就:中国首次实现复合量子隐态传输
2009-09-24 科学时报 王静/整理

  2006年10月,英国《自然》杂志在其子刊《自然—物理》上以封面文章报道了中国科技大学微尺度物质国家实验室在国际上首次实现两粒子复合系统量子态隐形传输,并评价这一成果“在大尺度量子通信研究中取得长足进展”,成为量子信息发展的又一个里程碑。

  据物理学家介绍,1997年完成的单光子量子态隐形传输是量子信息发展的一个里程碑。其后,各种各样的量子态隐形传输实验得到了实现,但所有的实验都只能传输单个粒子的量子态。与单个量子态相比,实现复合系统量子态隐形传输在技术上面临着巨大的挑战。因为量子信息的传输和调控遵循着与经典信息完全不同的特有规律,未知量子态不能被精确克隆,传输未知量子态似乎只能通过传输物质粒子加以实现,而传输过程中的损耗和干扰导致量子信息的传输极其困难,但量子态隐形传输借助量子纠缠可以巧妙地解决这一问题。

  所谓量子纠缠,中国科技大学郭光灿院士这样解释:量子具有一个特殊的性质叫纠缠,即量子纠缠。也就是说,如果两个粒子先天之间有一点关系,则被称为量子的纠缠态。两个粒子一旦分开,不论分开的距离有多远,如果对其中一个粒子作用,另一个粒子会立即发生变化,且是瞬时变化,在学术界也叫非局域性。两个粒子之间,即便距离遥远,有可能一个在地球上,一个在月球上,但一旦地球上的粒子受到作用时,月球上的粒子立即随之变化,这种速度超过了光速。这种现象被爱因斯坦称之为“幽灵般的超级作用”。

  中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟小组,通过对飞秒脉冲激光器进行改造,将其输出功率提高1倍以上,并巧妙地设计解决了倍频晶体容易损伤的问题。这样便在实验上同时操纵了3对超高亮度的纠缠光子对,对其中的一对光子制备成待传输的各种两光子复合系统,同时两对纠缠光子构成并行的量子通道,分别用来隐形传输复合系统中两个光子的量子态。这一实验不仅实现了两个光子的量子态被精确传输,而且使两光子系统中的各种关联关系也能被精确传输。因而在国际上首次成功实现了复合系统量子态的隐形传输。他们第一次成功实现了6光子纠缠态的操纵,可谓擒住了“幽灵之魂”。

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