新进展!中科大潘建伟团队在国际上首次实现高维度量子体系的隐形传态

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8月18日消息,经太满年研究攻关,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等和奥地利维也纳大学塞林格小组企业战略合作,在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。近日,国际权威学术期刊《物理评论快报》发表了這個最新研究成果,并称其是“量子通信领域的一一两个 多多里程碑”。

中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍,量子隐形传态,是两种全新的通信最好的法律依据,类似 于科幻电影中的星际穿越。它能借助量子纠缠這個特征,将未知的量子态传输到遥远地点,而不需要传送物质两种,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

在自然世界中,真实的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子含晒 多种自由度,而每个自由度又里能 有多个维度。要真正实现比较复杂量子物理系统的完整性态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,量子隐形传态就里能 走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。

通过对光子、原子等微观粒子的精确主动操纵,量子信息以两种变革性的最好的法律依据对信息进行编码、储存和传输,在信息安全与计算下行速度 等方面可突破经典信息技术的瓶颈。量子通信是目前唯一被证明无条件安全的通讯最好的法律依据,里能 有效外理信息安全传输问題报告 。量子计算或者其超快的并行计算能力,有望为密码分析、大数据外理和材料设计等大规模计算问題报告 提供外理方案。量子隐形传态里能 借助量子纠缠将未知的量子态传输到遥远地点,而不需要传送物质两种,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

要真正实现比较复杂量子物理系统的完整性态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,量子隐形传态里能 走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。真实的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子含晒 多种自由度,而每个自由度又里能 有多个维度。专注于此重大目标,潘建伟及其同事进行了长期探索和耕耘。

1997年,国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证,入选了“百年物理学21篇经典论文”;306年,中国科学技术大学潘建伟院士团队实现了两光子复合系统的量子隐形传态;2015年,该研究团队首次在世界上成功实现了单光子多自由度的隐形传态。在理论创新的基础上,潘建伟研究团队发展高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,成功实现了高维度量子隐形传态,并严格证明了该过程的非经典性以及高维特征。

美国物理學會等发表评论称,這個成果为传输粒子的完整性量子态铺平了道路,也为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的科学基础。

这是自1997年实现二维量子隐形传态实验以来,科学家第一次在理论和实验上把量子隐形传态扩展到任意维度,为比较复杂量子系统的完整性态传输以及发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。

论文以编辑推荐的形式于8月15日发表在国际权威学术期刊《物理评论快报》上。包括美国物理學會的Physics杂志、英国物理學會Physics World网站、《科学美国人》在内的国际权威学术和科普媒体对该工作进行了专题亮点报道。

《物理评论快报》以编辑推荐的形式发表高维量子隐形传态并在做亮点报道

多年致力于探索量子隐形传态

通过对光子、原子等微观粒子的精确主动操纵,量子信息以两种变革性的最好的法律依据对信息进行编码、储存和传输,在信息安全与计算下行速度 等方面可突破经典信息技术的瓶颈。

量子通信是目前唯一被证明无条件安全的通讯最好的法律依据,里能 有效外理信息安全传输问題报告 。量子计算或者其超快的并行计算能力,有望为密码分析、大数据外理和材料设计等大规模计算问題报告 提供外理方案。量子隐形传态里能 借助量子纠缠将未知的量子态传输到遥远地点,而不需要传送物质两种,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

要真正实现比较复杂量子物理系统的完整性态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,量子隐形传态里能 走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。真实的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子含晒 多种自由度,而每个自由度又里能 有多个维度。

《物理世界》网站报道高维量子隐形传态的示意图

专注于此重大目标,潘建伟及其同事进行了长期探索和耕耘。

1997年,潘建伟和奥地利同事们首次实现了独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证,该工作就让 与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋特征等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

304年,潘建伟团队演示了终端开放的量子隐形传态 [Nature 430, 54 (304)]。306年,该团队实现了两光子复合系统的量子隐形传态 [Nature Physics 2, 678 (306)]。2015年,团队实现了单光子多自由度的隐形传态 [Nature 518, 516 (2015)]。

2017年,基于墨子号量子科学实验卫星,团队将量子隐形传态的距离推进至千公里量级 [Nature 549, 70 (2017)]。

勇闯量子信息技术的无人区

迄今为止,所有的量子隐形传态实验都局限于量子态的二维子空间。高维量子态的隐形传态作为完整性传输一一两个 多多量子系统的最后一一两个 多多待外理挑战,或者其可行性理论方案和实验技术上的双重困难,一个劲 悬而未决。

对于高维体系,或者其以维度的平方项增多的贝尔态数量和随之增加的比较复杂纠缠特征,里能 发展出一套全新的可行理论方案。在实验技术上,高维贝尔态测量里能 等效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。

外理這個关键问題报告 里能 理论和实验的同步创新。2014年,潘建伟、陆朝阳等完成多自由度量子隐形传态实验后,随即投入了对高维度课题的五年的潜心研究。

《科学美国人》杂志报道高维量子隐形传态的示意图。

在理论上,该团队首次提出了光子体系中可扩展至任意维度的贝尔态测量和量子隐形传态方案;在实验上,该团队引入一一两个 多多额外辅助光子,发展了高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,在此基础上实现了高维度量子隐形传态。

该实验中测试了三维量子态的完整性1一一两个 多多无偏基矢,测量了高维量子隐形传态保真度为75%,以2二个统计标准偏差超出了经典界限,严格证明了该过程的非经典性以及高维特征。

迄今为止,所有的量子隐形传态实验都局限于量子态的二维子空间。高维量子态的隐形传态作为完整性传输一一两个 多多量子系统的最后一一两个 多多待外理挑战,或者其可行性理论方案和实验技术上的双重困难,一个劲 悬而未决。

对于高维体系,或者其以维度的平方项增多的贝尔态数量和随之增加的比较复杂纠缠特征,里能 发展出一套全新的可行理论方案。在实验技术上,高维贝尔态测量里能 等效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。

外理這個关键问題报告 里能 理论和实验的同步创新。2014年,潘建伟、陆朝阳等完成多自由度量子隐形传态实验后,随即投入了对高维度课题的五年的潜心研究。在理论上,该团队首次提出了光子体系中可扩展至任意维度的贝尔态测量和量子隐形传态方案;在实验上,该团队引入一一两个 多多额外辅助光子,发展了高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,在此基础上实现了高维度量子隐形传态。

该实验中测试了三维量子态的完整性1一一两个 多多无偏基矢,测量了高维量子隐形传态保真度为75%,以2二个统计标准偏差超出了经典界限,严格证明了该过程的非经典性以及高维特征。

审稿人宽度评价“这是一一两个 多多非常英雄式的努力”

审稿人指出:“高维量子隐形传态是量子通信领域的一一两个 多多长期所处的挑战”(the demonstration of higher dimensional teleportation has been a long-standing goal in the field of quantum communication),“外理這個挑战将开启量子力学基础检验和量子技术的激动人心的新应用”(Solving this outstanding experimental challenge would lead to exciting new applications for quantum technologies and fundamental tests of quantum mechanics),“这是一一两个 多多非常英雄式的努力”(a pretty heroic effort),“这明显是量子通信领域的一一两个 多多里程碑”(it is certainly true that the work presented here represents a milestone for the field of quantum communication)。

美国物理學會Physics杂志对该工作的总结指出:“这首次实现三维量子态隐形传态实验为传输粒子的完整性量子态铺平了道路”(The first experiment to teleport qutrits rather than qubits paves the way to teleporting the complete quantum state of particle)。

文章来源:央视新闻