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中国科大首次实现高维度量子隐形传态

2019年08月19日 09:34:07 来源: 安徽日报

    记者8月18日从中科大获悉,该校潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等与奥地利维也纳大学塞林格小组合作,在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态。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,为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子网络奠定坚实的科学基础。论文以编辑推荐形式发表在8月15日国际权威学术期刊《物理评论快报》上。

    量子隐形传态能够借助量子纠缠将未知的量子态传输到遥远地点,而不用传送物质本身,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。量子隐形传态要真正实现复杂量子物理系统的完整态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,需要走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。1997年,潘建伟和奥地利同事们首次实现独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证。2004年,潘建伟团队演示了终端开放的量子隐形传态;2006年,实现两光子复合系统的量子隐形传态;2015年,实现单光子多自由度的隐形传态;2017年,基于“墨子号”量子科学实验卫星,将量子隐形传态的距离推进至千公里量级。

    迄今为止,所有量子隐形传态实验都局限于量子态的二维子空间。作为完整传输一个量子系统最后一个待解决的挑战,高维量子态的隐形传态由于其可行性理论方案和实验技术上的双重困难,一直悬而未决。解决这个关键问题需要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,随即投入对高维度课题的5年潜心研究。在理论上,该团队首次提出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,该团队引入一个额外辅助光子,发展高稳定性多通道路径干涉技术,开创多光子多维度相互作用的实验先河,在此基础上实现高维度量子隐形传态。该实验中测试了三维量子态的全部12个无偏基矢,测量了高维量子隐形传态保真度为75%,以25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)

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