量子隐形傳态

量子隐形傳态

一種全新的通信方式
量子隐形傳态(Quantum teleportation),又稱量子遙傳、量子隐形傳輸、量子隐形傳送、量子遠距傳輸或量子遠傳,是一種全新的通信方式。[1]它傳輸的不再是經典信息而是量子态攜帶的量子信息,在量子糾纏的幫助下,待傳輸的量子态如同經曆了科幻小說中描寫的“超時空傳輸”,在一個地方神秘地消失,不需要任何載體的攜帶,又在另一個地方神秘地出現。
    中文名:量子隐形傳态 外文名: 所屬學科:量子通信 英文名:Quantum teleportation 又稱:量子遙傳、量子隐形傳輸等 類别:利用分散量子纏結與一些物理訊息

定義

量子隐形傳态(quantum teleportation)是經由經典通道和EPR通道傳送未知量子态。通俗來講就是将甲地的某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上還原出來。因量子力學的不确定原理和量子态不可克隆原理,限制人們将原量子态的所有信息精确地全部提取出來,因此必須将原量子态的所有信息分為經典信息和量子信息兩部分,它們分别由經典通道和量子通道送到乙地,根據這些信息,在乙地構造出原量子态的全貌。

原理

量子隐形傳态的基本原理,就是對待傳送的未知量子态與EPR對的其中一個粒子實施聯合Bell基測量,由于EPR對的量子非局域關聯特性,此時未知态的全部量子信息将會“轉移”到EPR對的第二個粒子上,隻要根據經典通道傳送的Bell基測量結果,對EPR的第二個粒子的量子态施行适當的幺正變換,就可使這個粒子處于與待傳送的未知态完全相同的量子态,從而在EPR的第二個粒子上實現對未知态的重現。

研究成果

1997年,奧地利Zeilinger小組在室内首次完成了量子隐形傳态的原理性實驗驗證,成為量子信息實驗領域的經典之作。2004年,該小組利用多瑙河底的光纖信道,成功地将量子隐形傳态距離提高到了600米。但是由于光纖信道中的損耗和退相幹效應,傳态的距離受到了極大的限制,如何大幅度地提高量子隐形傳态的距離成了量子信息實驗領域的重要研究方向。

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更遠距離的量子通信。在自由空間,環境對光量子态的幹擾效應極小,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勢。該小組早在2005年就在合肥創造了13公裡的自由空間雙向量子糾纏“拆分”、發送的世界紀錄同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子的可行性。

2007年開始,中國科學技術大學-清華大學聯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公裡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年成功實現了世界上最遠距離的量子隐形傳态,證實了量子隐形傳态過程穿越大氣層的可行性,為未來基于衛星中繼的全球化量子通信網鑒定了可靠基礎。除此之外,聯合小組還在該研究平台上針對未來空間量子通信需求開展了誘騙态量子密鑰分發等多個方向的研究,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百公裡量級的自由空間量子隐形傳态和糾纏分發,為發射全球首顆“量子通訊衛星”奠定技術基礎。“在高損耗的地面成功傳輸100公裡,意味着在低損耗的太空傳輸距離将能達到1000公裡以上,基本上解決了量子通訊衛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了量子态隐形傳态最遠距離——143公裡,創造了新的世界紀錄。

2016年8月16日成功發射了世界首顆量子衛星,科學家将在“世界屋脊”西藏阿裡和這顆衛星之間開展“量子隐形傳态”實驗。這與《星際迷航》中的超時空傳輸很類似。當然,它們并不相同——在中國科學家開展的量子隐形傳态實驗中,被傳輸的是信息而非實物。

科學意義

量子隐形傳态是量子通信中最簡單的一種。 從事量子隐形傳态實驗,是實現全球量子通信網絡的可行性的前提研究。

量子通信擁有“絕不洩密”的本領,保護用戶通信安全。由于量子具有不可再分、不可複制的特性,如果在傳輸中受到幹擾就會改變狀态,接收方就可以發現。也就是說,除了在保護通信安全的前提下,量子通信還有“反竊聽”的功能。如果有人竊聽,信息就被偷聽動作改變了,從而可以保證内容的絕密。

最新成果

2015年12月10日報道,加拿大Hyperstealth生物技術公司日前表示,他們所研發的“量子隐形”材料及相關技術已經獲得重大突破,并已得到美國和加拿大軍方的認可。

研發人員稱,“量子隐形”材料可通過折射周圍光線來實現“完全隐形”的驚人效果。這種材料可以用來制作隐形衣,幫助戰場的士兵通過隐形來完成高難度的作戰任務。該公司首席執行官蓋伊·克拉默介紹說:"量子隐形"材料不僅能幫助特種部隊在白天完成突襲行動,而且還能幫助士兵在遭遇不測時順利逃生。此外,這種材料還有望在下一代隐形戰機、潛艇和坦克上得到應用,讓其實現真正的隐形,幫助部隊在"無形"中完成對敵方的打擊任務。”

目前Hyperstealth公司僅在其官方網站上發布了一些“量子隐形”材料的效果圖,而并沒有披露更多的技術細節。

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