給力!中國科大首次實現高維度量子隱形傳態

2019-09-05

記者8月18日從中科大獲悉,該校潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等與奧地利維也納大學塞林格小組合作,在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態。這是自1997年實現二維量子隱形傳態實驗以來,科學家第一次在理論和實驗上把量子隱形傳態擴展到任意維度,爲複雜量子系統的完整態傳輸以及發展高效量子網絡奠定堅實的科學基礎。論文以編輯推薦形式發表在8月15日國際權威學術期刊《物理評論快報》上。

量子隱形傳態能夠借助量子糾纏將未知的量子態傳輸到遙遠地點,而不用傳送物質本身,是遠距離量子通信和分布式量子計算的核心功能單元。量子隱形傳態要真正實現複雜量子物理系統的完整態傳輸,並把它應用于可擴展的量子信息技術,需要走向多體、多終端、多自由度、高維度和遠距離。1997年,潘建偉和奧地利同事們首次實現獨立光子偏振態的量子隱形傳態的實驗驗證。2004年,潘建偉團隊演示了終端開放的量子隱形傳態;2006年,實現兩光子複合系統的量子隱形傳態;2015年,實現單光子多自由度的隱形傳態;2017年,基于“墨子號”量子科學實驗衛星,將量子隱形傳態的距離推進至千公裏量級。

迄今爲止,所有量子隱形傳態實驗都局限于量子態的二維子空間。作爲完整傳輸一個量子系統最後一個待解決的挑戰,高維量子態的隱形傳態由于其可行性理論方案和實驗技術上的雙重困難,一直懸而未決。解決這個關鍵問題需要理論和實驗的同步創新。

2014年,潘建偉、陸朝陽等完成多自由度量子隱形傳態實驗後,隨即投入對高維度課題的5年潛心研究。在理論上,該團隊首次提出光子體系中可擴展至任意維度的貝爾態測量和量子隱形傳態方案;在實驗上,該團隊引入一個額外輔助光子,發展高穩定性多通道路徑幹涉技術,開創多光子多維度相互作用的實驗先河,在此基礎上實現高維度量子隱形傳態。該實驗中測試了三維量子態的全部12個無偏基矢,測量了高維量子隱形傳態保真度爲75%,以25個統計標准偏差超出了經典界限,嚴格證明了該過程的非經典性以及高維特性。

审稿人指出,这一成果是量子通信领域的一个里程碑,高维量子隐形传态是量子通信领域一个长期存在的挑战,解决这个挑战将开启量子力学基础检验和量子技术的新应用。(记者 桂运安)

(來源:新華網)



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