科學家初步實現激光脈衝量子遠距傳輸

　　新浪科技訊 北京時間11月3日消息，據國外媒體報道，在《星際迷航》系列影片中，「企業號」飛船上的成員們可以在轉瞬之間從星球上轉移到飛船上，長距離移動看起來似乎輕而易舉。雖然這些能力顯然是虛構出來的，但研究人員近日利用「量子遠距傳輸」技術（quantum teleportation），成功在相隔幾英里的兩處城市光纖網路之間實現了激光脈衝的傳輸。

　　雖然該研究中使用的方法並不會將地鐵或公交取而代之，但它將幫助我們建設黑客無法入侵的電子通訊網路，即所謂的「量子網路」。強大的量子計算機可以通過該網路，與其它計算機取得聯繫。

　　把一件物體從宇宙中的一處瞬間轉移到另一處、不需要讓它在空間中發生移動，這聽上去就像是科幻小說中的情節，但從1998年至今，量子物理學家一直在開展這方面的實驗。目前的量子遠距傳輸最遠距離記錄是在2012年創下的，約為143公里，位於迦納利群島的兩座島嶼之間。

　　詭異的舉動

　　量子遠距傳輸依託量子物理的古怪性質進行。量子物理認為，宇宙的基本組成部分、如亞原子粒子等，從本質上來說，可以同時存在於兩個、甚至兩個以上不同的地方。說得更具體一些，量子遠距傳輸的基礎是一種名叫「量子糾纏」的奇特現象：無論兩個物體相隔多遠，彼此之間都存在著相互聯繫，並且可以立即對彼此產生影響。

　　目前，研究人員還無法實現物質（如人類）的瞬間傳輸，但他們可以利用量子遠距傳輸技術來傳遞信息。例如，要想對一個電子進行遠距傳輸，就先要讓它和另一個電子構成量子糾纏關係。然後其中一個電子（即用來傳輸的電子）留在原地不動，另一個電子則將以實體形式、被傳輸到任何指定的目的地去。

　　接下來，人們將對用來傳輸的電子的基本信息、或者「量子態」進行分析，同時破壞該電子的量子態。最後，這些信息將被發往電子傳輸的目的地，用在另一個電子身上，從而重新創造出第一個電子，並且與原來的沒有任何區別。這樣一來，原來的電子就實現了遠距離移動。（不過，由於這些數據是通過光脈衝或電子等常規信號傳輸的，因此量子遠距傳輸的速度不可能超過光速。）

　　有兩支研究團隊各自獨立地報告稱，自己在相距幾英里的兩處光纖網路之間實現了量子遠距傳輸技術。這兩支團隊分別來自中國合肥和加拿大阿爾伯塔省卡爾加里。

　　未來科技

　　量子遠距傳輸將是實現許多未來技術的關鍵。例如，量子密碼學可以利用量子遠距傳輸技術，在兩地之間安全地傳輸數據，並能自動探測出任何入侵行為。此外，人們還能在「量子網路」中使用量子遠距傳輸技術，在不同的量子計算機之間實現數據共享。此前的研究顯示，量子計算機在瞬息之間實現的計算次數可以超過宇宙中所有原子數量的綜合。

　　「未來如果你有一台量子計算機，要是有人想使用它，就可以把數據發送到這台量子計算機上，然後獲得計算結果，就像現在的雲計算技術一樣。」中國科技大學的量子工程師張強說道，他同時還是合肥研究團隊的共同主要作者。

　　在這兩起量子遠距傳輸實驗中，傳輸點都有三處，之間的距離最長為12.5公里，模仿了未來量子網路的構造。此前只有一次實驗採用過三處傳輸點，傳輸點之間的距離還不到一公里。

　　此前的實驗中使用的是可見光脈衝，因此無法在光纖中傳輸較遠的距離。而在這兩起最新實驗中，科學家採用了日常電信網路中使用的紅外光，傳輸的距離更遠。此外，他們還利用了所在城市中現有的光纖網路。

　　要實現長距離量子遠距傳輸，激光束必須完全同步，即使具體到單個光子身上，也必須密不可分才行。並且，就算在複雜多變的環境下鋪設的光纖中傳輸了數英里，激光束也不能分裂開來。而電信行業近日正好在單光子探測器方面取得了一些改進，兩支研究團隊都從中有所獲益。

　　「我們很自豪地看到，在實際環境測驗中觀察到的結果並不比實驗室測驗的結果差。」中科大的量子工程師、此次研究的主要作者孫啟超說道。

　　在卡爾加里開展的實驗中，傳輸率為每分鐘17個光子（每小時1020個光子），比合肥實驗的傳輸速度快。不過，巴黎第十一大學的量子信息研究人員弗雷德里克·格羅桑（Frédéric Grosshans）指出，為了達到這樣的傳輸速度，卡爾加里的研究人員採用的實驗方法對該技術目前的實用價值造成了一定限制。

　　此外，兩支研究團隊都運用了各種各樣的方法，確保激光束緊密地聯結在一起。他們各採用了一種不同的技術，而格羅桑認為，我們可以把這兩種方法結合在一起，從而取得更理想的成果。

　　孫啟超指出，該技術的未來發展方向之一是，把量子遠距傳輸網路擴展到「100公里規模，實現城際量子遠距傳輸」。這需要進一步改進探測器的工作效率，同時對干擾源加以避免。

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