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原理
一個(gè)愛因斯坦的預(yù)言
兩個(gè)形態(tài)(類似振動(dòng)頻率)相同的量子，無(wú)論它們?cè)谟钪嬷邢喔舳噙h(yuǎn)，只要其中一個(gè)發(fā)生變化，另外一個(gè)也會(huì)有完全相同的變化，這種現(xiàn)象現(xiàn)代科學(xué)無(wú)法解釋……
應(yīng)用
一個(gè)詭異現(xiàn)象的現(xiàn)代應(yīng)用
但是，這種量子之間的“詭異”特性卻被現(xiàn)代科學(xué)家巧妙利用于遠(yuǎn)程通信技術(shù)，他們把兩個(gè)同源的量子分開，對(duì)其中一個(gè)施以“信息”，那么，遠(yuǎn)在許多公里之外的另一個(gè)量子也會(huì)有同樣的“反應(yīng)”，通過讀取它的反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超目前水平的通信技術(shù)。
比喻
量子好比千年前的棍子
我們來看看一段歷史———古希臘的斯巴達(dá)人將一張皮革包裹在特定長(zhǎng)短粗細(xì)的棍子上，再寫上傳遞的信息；而信息接收者只需有根同等尺徑的棍子，收到皮革后將皮革裹到棍子上就可以讀出原始信息。即使皮革中途被截走，只要對(duì)方不知道棍子的長(zhǎng)短粗細(xì)，所看到的也只是一些無(wú)用的信息。形象地說，“棍子”就是量子態(tài)隱形傳輸?shù)奶厥庋b置，而“皮革”就是傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>
由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和清華大學(xué)組成的聯(lián)合小組，日前成功實(shí)現(xiàn)了16公里的量子態(tài)隱形傳輸。這是目前量子通信研究上的世界紀(jì)錄。讓全球量子化通信進(jìn)一步接近現(xiàn)實(shí)，海底光纜等傳統(tǒng)技術(shù)可能成為歷史。
名詞解釋
量子態(tài)隱形傳輸
量子態(tài)隱形傳輸是一種全新通信方式，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，是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心要素。利用量子糾纏技術(shù)，需要傳輸?shù)牧孔討B(tài)如同科幻小說中描繪的“超時(shí)空穿越”，在一個(gè)地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個(gè)地方瞬間神秘出現(xiàn)。
按照常理，信息的傳播需要載體，人與人的對(duì)話需要通過聲音來傳播，手機(jī)與基站之間要通過電磁波來傳輸信號(hào)，互聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞也需要在光纜中傳輸?shù)墓庑盘?hào)。那么，不需要載體的信息傳遞是否存在？在量子世界里，在糾纏光子的幫助下，量子態(tài)隱形傳輸就可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 量子糾纏
愛因斯坦稱為“幽靈”
聯(lián)合小組成員、清華大學(xué)教授彭承志告訴記者，該實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)了在自由空間進(jìn)行遠(yuǎn)距離量子態(tài)隱形傳輸?shù)目尚行�，向全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的最終實(shí)現(xiàn)邁出了重要一步。他預(yù)測(cè)，今后10年內(nèi)有望建成覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
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(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)以及其他的物理特性。曾被愛因斯坦稱作幽靈般的超距離作用的“量子糾纏”，指的是在量子力學(xué)中，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化，另一個(gè)粒子的狀態(tài)也會(huì)立刻發(fā)生相應(yīng)的變化，這就是量子糾纏。
彭承志介紹，在量子糾纏的幫助下，待傳輸?shù)牧孔討B(tài)如同科幻小說中“超時(shí)空傳送”，在一個(gè)地方神秘地消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個(gè)地方神秘地出現(xiàn)。
關(guān)鍵詞 16公里
證實(shí)穿越大氣層可行
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?shí)驗(yàn)驗(yàn)證；2004年，該小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子態(tài)隱形傳輸距離提高到600米。
2004年開始，潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間信道中實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子通信。在自由空間信道中，光子傳輸幾乎不存在退相干效應(yīng)，而一旦穿透大氣層進(jìn)入到外層空間，光子的損耗更是接近于零，這使得自由空間信道相比光纖信道在大尺度上具有特別的優(yōu)勢(shì)。該小組于2005年在合肥創(chuàng)造了13公里的雙向量子糾纏分發(fā)世界紀(jì)錄，同時(shí)驗(yàn)證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子對(duì)的可行性。2007年開始，中國(guó)科大-清華大學(xué)聯(lián)合研究小組開始在北京八達(dá)嶺與河北懷來之間架設(shè)長(zhǎng)達(dá)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(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子隱形傳態(tài)，證實(shí)了量子隱形傳態(tài)過程穿越大氣層的可行性，為未來基于衛(wèi)星量子中繼的全球化量子通信網(wǎng)奠定了可靠基礎(chǔ)。
彭承志告訴記者，量子糾纏做為量子信息科學(xué)的核心資源，是目前國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，基于量子糾纏的量子態(tài)隱形傳輸是量子計(jì)算和量子中繼中的基本過程，而16公里這個(gè)距離能夠等效大氣的有效厚度，對(duì)于未來實(shí)用化全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的建立具有十分重要的意義。這樣的自由空間量子通信的前景就是，未來發(fā)射衛(wèi)星上天，利用衛(wèi)星平臺(tái)中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)全球化量子通信。
中國(guó)科學(xué)家在自由空間量子通信方向上的一系列工作引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。英國(guó)的《新科學(xué)家》(New Scientist)、美國(guó)的《今日物理》(Physics Today)等多家學(xué)術(shù)新聞媒體均對(duì)這些工作進(jìn)行了報(bào)道。(綜合新華社)
本報(bào)記者第一時(shí)間專訪清華大學(xué)教授彭承志
“超時(shí)空轉(zhuǎn)移”屬誤解
我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)世界最遠(yuǎn)距離量子態(tài)隱形傳輸，這條看起來“高深莫測(cè)”，但卻引發(fā)世界科學(xué)界廣泛關(guān)注的新聞到底意味著什么？
記者：很多科學(xué)術(shù)語(yǔ)和名詞，讀者看不明白。你們的研究成果發(fā)表后，引起了轟動(dòng)。您能不能用通俗的語(yǔ)言向我們的讀者介紹一下你們的成就？比如，用一些比喻加深讀者的理解。
彭承志：比喻還是不能亂打，打得不好會(huì)更影響公眾對(duì)科學(xué)成果的理解。
記者：量子態(tài)隱形傳輸被很多人理解為“超時(shí)空瞬間轉(zhuǎn)移”。
彭承志：是的。但我這里只是形容量子態(tài)隱形傳輸過程中不需要傳遞載體，被人誤解為“超光速傳輸”了。
記者：也就是說，即使是量子態(tài)隱形傳輸，也不可能達(dá)到超光速？
彭承志：當(dāng)然。量子態(tài)隱形傳輸，傳輸?shù)牟皇橇孔颖旧�，而是它的量子態(tài)。量子態(tài)隱形傳輸中間必須要利用到經(jīng)典通信手段，所以是不可能超光速的。
記者：奧地利蔡林格小組 2004年利用的是多瑙河底的光纖信道。那么，我們這次的“自由空間”指的是什么？
彭承志：也就是我們存在的空間。在實(shí)驗(yàn)的兩端裝好設(shè)備，先用經(jīng)典強(qiáng)光打通光學(xué)鏈路，然后采用了一種兩光子方案進(jìn)行量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)。由于光纖信道中的損耗和環(huán)境干擾，量子態(tài)隱形傳輸?shù)木嚯x難以大幅度提高。我們直接在空間中傳輸，損耗很小，而到了大氣層外，損耗幾乎為零。
記者：這次實(shí)驗(yàn)突破在哪里？
彭承志：16公里這個(gè)距離能夠等效大氣的有效厚度，這次成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實(shí)了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性。對(duì)于未來實(shí)用化全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的建立具有十分重要的意義，為未來計(jì)劃發(fā)射衛(wèi)星上天、利用衛(wèi)星平臺(tái)中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)全球化量子通信打下了基礎(chǔ)。
記者：既然還要使用現(xiàn)有經(jīng)典通信技術(shù)，那量子態(tài)隱形傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)在哪里？
彭承志：經(jīng)典通信技術(shù)無(wú)法完成量子態(tài)的傳輸，量子態(tài)隱形傳輸是未來量子通信網(wǎng)絡(luò)的核心要素，是量子通信的必須環(huán)節(jié)。量子通信與傳統(tǒng)的通信方式相比，具有絕對(duì)安全性和超高信道容量等明顯優(yōu)勢(shì)。
本報(bào)記者殷玉生 北京為您報(bào)道
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