中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)世界最遠(yuǎn)距離量子通信傳輸實(shí)驗(yàn)

        近日，中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了目前世界上最長(zhǎng)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(guó)科技大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員在合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室完成了他們的自由空間量子通信實(shí)驗(yàn)，并且成功地將通信距離延伸到了10英里。在這之前，這項(xiàng)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(fù)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(dāng)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?nèi)匀贿B在一起。因而能讓量子信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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)微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開(kāi)多遠(yuǎn)，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(yuǎn)，都能“感知”和影響對(duì)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(yàn)中，光子被限制在數(shù)百米長(zhǎng)的光纖信道內(nèi)，以確保它們的狀態(tài)不發(fā)生改變，即便如此，光纖傳輸?shù)谋Ｃ苄圆?，易被竊聽(tīng)。如今，中國(guó)科學(xué)家把糾纏態(tài)的高能光子對(duì)穿過(guò)10英里長(zhǎng)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(duì)安全性。這一距離是目前國(guó)際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離,也是目前國(guó)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(xiàn)，在這個(gè)距離上接收端的光子仍能響應(yīng)留在后方的光子狀態(tài)變化。遠(yuǎn)距傳輸?shù)钠骄Ｕ娑葹?9%。這項(xiàng)突破意味著不久的未來(lái)量子通信應(yīng)用將能擴(kuò)大到全球規(guī)模。 

        該實(shí)驗(yàn)由中國(guó)科技大學(xué)的科學(xué)家潘建偉教授主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了目前國(guó)際上最遠(yuǎn)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(guó)際物理學(xué)權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。該期刊的審稿人對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)，稱(chēng)之為“一項(xiàng)相當(dāng)了不起的成就”。 

        在該實(shí)驗(yàn)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(guó)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(yīng)用于高效、安全的量子通信。這一研究成果為實(shí)現(xiàn)全球化的量子通信奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 

        該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，為全球范圍內(nèi)量子保密通訊的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)希望。 

        據(jù)潘建偉的研究團(tuán)隊(duì)介紹，他們正在計(jì)劃開(kāi)展更遠(yuǎn)距離的量子通信實(shí)驗(yàn)，下一步的目標(biāo)是通過(guò)自由空間實(shí)現(xiàn)幾百公里的量子通信，超越光纖傳輸?shù)臉O限。他們希望，有朝一日，人類(lèi)能夠通過(guò)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離乃至全球的量子保密通信。