量子態(tài)隱形傳輸

　　發(fā)展

　　1997年奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫嶒烌炞C，2004年該小組利用多瑙河底光纖信道，成功地將量子態(tài)隱形傳輸距離提高到600米。

　　2004年，中國科學技術大學的潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間信道中實現(xiàn)更遠距離的量子通信。該小組2005年在合肥創(chuàng)造了13公里的雙向量子糾纏分發(fā)世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子對的可行性。

　　2007年開始，中國科學技術大學-清華大學聯(lián)合研究小組開始在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子隱形傳態(tài)，證實了量子隱形傳態(tài)過程穿越大氣層的可行性，為未來基于衛(wèi)星中繼的全球化量子通信網鑒定了可靠基礎。除此之外，聯(lián)合小組還在該研究平臺上針對未來空間量子通信需求開展了誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)等多個方向的研究，取得了豐富的成果。

　　2012年8月，中國科學家潘建偉等人在國際上首次成功實現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，為發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”奠定技術基礎。“在高損耗的地面成功傳輸100公里，意味著在低損耗的太空傳輸距離將能達到1000公里以上，基本上解決了量子通訊衛(wèi)星的遠距離信息傳輸問題。

　　2012年9月，維也納大學和奧地利科學院的物理學家實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳態(tài)最遠距離——143公里，創(chuàng)造了新的世界紀錄。

　　最新成果

　　據(jù)國外媒體報道，歐洲空間局位于加那利群島的光學觀測站創(chuàng)造了一項新的世界紀錄，實現(xiàn)了跨越143公里的量子態(tài)隱形傳輸。來自奧地利、加拿大、德國以及挪威的研究人員將一個光子的物理特性通過量子態(tài)隱形傳輸發(fā)送往另一處的一個粒子，實現(xiàn)了位于拉帕爾馬卡普坦望遠鏡與歐洲空間局特內里費島光學觀測站之間143公里的“隱形傳輸”。

　　歐洲空間局兩處相距143公里的觀測站之間實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸。

　　本項研究成果已經發(fā)表在最新的《自然》雜志上，科學家認為一旦兩個粒子之間發(fā)生糾纏，那么它們之間似乎就建立起了某種聯(lián)系，無論兩個粒子距離多么遙遠，其中一個粒子狀態(tài)的改變也會引起另一個粒子的變化，而這之間并沒有任何物理信號的傳遞。愛因斯坦對量子糾纏的現(xiàn)象也感到困惑，被喻為幽靈般的超距離作用，科學家希望通過這項技術實現(xiàn)量子通信。

　　根據(jù)歐洲空間局負責該項目的研究人員埃里克·威爾（Eric Wille）介紹：“這是一次成功的遠距離量子通信，第一次在實驗室條件下實現(xiàn)了量子態(tài)隱形傳輸，該項目的挑戰(zhàn)在于兩個光子之間的距離達到了143公里，盡管距離遙遠以及在大氣擾動的情況下，兩個光子之間仍然可以實現(xiàn)量子態(tài)隱形傳輸。”

　　在進行涉及量子糾纏的低信噪比實驗中，需要非常小心，需要安裝超低噪音的光子探測器，以及一個單獨進程的量子糾纏被用于維持兩個測試站的時鐘同步，控制在三十億分之一秒之內。這些實驗條件有助于確保探測到光子，最好的GPS信號能夠控制在一百億分之一秒內。即使有了這樣的測試精度，該團隊由于惡劣的天氣被迫將該實驗推遲了一年，而在2011年的實驗卻以失敗告終。

　　兩處歐洲空間局的觀測站位于2400米海拔之上，不得不面對一些惡劣的氣象條件，比如大雨、霧、大風或者大雪天氣，甚至是沙塵暴，但是實驗終于在五月份開始進行，并最終創(chuàng)造了量子態(tài)隱形傳輸?shù)男掠涗?。根?jù)奧地利科學家博士魯珀特·烏爾辛（Rupert Ursin）介紹：“我們下一步將會在地面觀測站與地球軌道衛(wèi)星之間建立一次量子態(tài)隱形傳輸?shù)膶嶒灒炞C實現(xiàn)全球范圍內量子通信的可能性。”

　　2012年12月10日英國《每日郵報》消息，加拿大Hyperstealth生物科技公司研發(fā)出一種先進的偽裝布料。這種偽裝布料被稱之為“量子隱形”(Quantum Stealth)，能夠彎曲周圍的光波，進而達到隱形效果。

　　“量子隱形”(Quantum Stealth)

　　它是一種輕型材料，造價也不高，可廣泛用于各類電器及建筑裝飾中，可以將其包裹在各類材質的表面將其達到隱身的效果。

　　隱形傳輸

　　中國實現(xiàn)世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸

　　量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層證實為全球化量子通信網絡奠定基礎。

　　由中國科大和清華大學組成的聯(lián)合小組成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，16公里的傳輸距離比原世界紀錄提高了20多倍。實驗結果首次證實了在自由空間進行遠距離量子態(tài)隱形傳輸?shù)目尚行?為全球化量子通信網絡最終實現(xiàn)奠定了重要基礎。

　　據(jù)聯(lián)合小組研究成員彭承志教授介紹，量子態(tài)隱形傳輸是一種全新通信方式,它傳輸?shù)牟辉偈墙浀湫畔⒍橇孔討B(tài)攜帶的量子信息,是未來量子通信網絡的核心要素。利用量子糾纏技術,需要傳輸?shù)牧孔討B(tài)如同科幻小說中描繪的“超時空穿越”，在一個地方神秘消失,不需要任何載體的攜帶,又在另一個地方瞬間神秘出現(xiàn)。這一奇特的現(xiàn)象引起了學術界廣泛興趣。2004年，這個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。但由于光纖信道中的損耗和環(huán)境的干擾,量子態(tài)隱形傳輸?shù)木嚯x難以大幅度提高。

　　2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現(xiàn)更遠距離的量子通信。在自由空間,環(huán)境對光量子態(tài)的干擾效應極小,而光子一旦穿透大氣層進入外層空間,其損耗更是接近于零,這使得自由空間信道比光纖信道在遠距離傳輸方面更具優(yōu)勢。這個小組2005年在合肥創(chuàng)造了13公里的自由空間雙向量子糾纏分發(fā)世界紀錄,同時驗證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子的可行性。2007年開始，中國科大——清華大學聯(lián)合小組在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來衛(wèi)星中繼的全球化量子通信網絡奠定了可靠基礎。

　　聯(lián)合小組在自由空間量子通信領域的一系列工作,得到了科技部重大科學研究計劃、中科院知識創(chuàng)新工程重大項目和國家自然科學基金項目等支持,并引起了國際學術界的廣泛關注,出版的英國《自然》雜志子刊《自然·光子學》以封面論文形式發(fā)表了這一研究成果。英國的《新科學家》、美國的《今日物理》、美國物理學會新聞網站均及時報道了這個研究成果。

　　穿大氣層

　　1997年，奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態(tài)隱形傳輸?shù)脑硇詫嶒烌炞C；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現(xiàn)更遠距離的量子通 信。在自由空間信道中，光子傳輸幾乎不存在退相干效應，而一旦穿透大氣層進入到外層空間，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。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)世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發(fā)糾纏光子對的可行性。2007年開始，中國科大-清華大學聯(lián)合研究小組開始在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終 在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子隱形傳態(tài)，證實了量子隱形傳態(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奠定了可靠 基礎。

　　彭承志告訴記者，量子糾纏做為量子信息科學的核心資源，是國際上的研究熱點，基于量子糾纏的量子態(tài)隱形傳輸是量子計算和量子中繼中的基本過程，而16公里這個距離能夠等效大氣的有效厚度，對于未來實用化全球量子通信網絡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)星平臺中轉實現(xiàn)全球化量子通信。

　　中國科學家在自由空間量子通信方向上的一系列工作引起了國際學術界的廣泛關注。英國的《新科學家》(New Scientist)、美國的《今日物理》(Physics Today)、真實世界等多家學術新聞媒體均對這些工作進行了報道。