中國科學(xué)家實(shí)現世界最遠距離量子通信傳輸實(shí)驗

        近日，中國科學(xué)家實(shí)現了目前世界上最長(cháng)距離的“量子通信傳輸”(teleportation)或者稱(chēng)為“物質(zhì)瞬間傳送技術(shù)”技術(shù)。來(lái)自中國科技大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員在合肥國家實(shí)驗室完成了他們的自由空間量子通信實(shí)驗，并且成功地將通信距離延伸到了10英里。在這之前，這項傳輸距離的最大值僅為幾百米。 

        需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，量子通信與我們從科幻小說(shuō)中了解到的并不相同，在科幻電影或小說(shuō)中一個(gè)地方的物體或人可以在另一個(gè)地方完美的復制出來(lái)。在量子通信中，兩個(gè)光子或離子形成糾纏態(tài)，當一個(gè)的量子態(tài)發(fā)生改變另一個(gè)也隨之改變，就好象它們仍然連在一起。因而能讓量子信息實(shí)現遠距通信。 

        曾被愛(ài)因斯坦稱(chēng)作幽靈般的超距離作用(spooky action at a distance)的“量子糾纏”，指的是，在量子力學(xué)中，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀(guān)粒子之間存在著(zhù)某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開(kāi)多遠，只要一個(gè)粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個(gè)粒子，即兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子無(wú)論相距多遠，都能“感知”和影響對方的狀態(tài)，這就是量子糾纏。 

        由于量子糾纏的存在，使得光子、電子甚至是原子之間相互影響相互制約地共同傳輸。理論上講，這種糾纏可以使兩點(diǎn)之間，不論距離的即時(shí)通信順利完成。在以前的實(shí)驗中，光子被限制在數百米長(cháng)的光纖信道內，以確保它們的狀態(tài)不發(fā)生改變，即便如此，光纖傳輸的保密性差，易被竊聽(tīng)。如今，中國科學(xué)家把糾纏態(tài)的高能光子對穿過(guò)10英里長(cháng)的自由空間通道，量子保密通信技術(shù)的物理原理保證了其絕對安全性。這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠距離,也是目前國際上沒(méi)有竊聽(tīng)漏洞量子密鑰分發(fā)的最大距離。 

        研究人員發(fā)現，在這個(gè)距離上接收端的光子仍能響應留在后方的光子狀態(tài)變化。遠距傳輸的平均保真度為89%。這項突破意味著(zhù)不久的未來(lái)量子通信應用將能擴大到全球規模。 

        該實(shí)驗由中國科技大學(xué)的科學(xué)家潘建偉教授主導，實(shí)現了目前國際上最遠距離的“自由空間糾纏光子分發(fā)”，他和他的同事楊濤、彭承志的研究論文已發(fā)表于國際物理學(xué)權威期刊《物理評論快報》。該期刊的審稿人對這一成果給予了高度評價(jià)，稱(chēng)之為“一項相當了不起的成就”。 

        在該實(shí)驗中，科學(xué)家們通過(guò)“自由空間糾纏光子的分發(fā)”，首次在國際上證明了糾纏光子在穿透等效于整個(gè)大氣層厚度的地面大氣后，其糾纏的特性仍然能夠保持，并可應用于高效、安全的量子通信。這一研究成果為實(shí)現全球化的量子通信奠定了實(shí)驗基礎。 

        該項實(shí)驗，為全球范圍內量子保密通訊的實(shí)現帶來(lái)希望。 

        據潘建偉的研究團隊介紹，他們正在計劃開(kāi)展更遠距離的量子通信實(shí)驗，下一步的目標是通過(guò)自由空間實(shí)現幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸的極限。他們希望，有朝一日，人類(lèi)能夠通過(guò)通信衛星實(shí)現更遠距離乃至全球的量子保密通信。