科学家首次用量子隐形传态技术实现量子三元通信

作者:李彤馨/编译来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-12-31

在计算机处理能力或可同时发送的信息量方面,人类又向前跨越了一大步。

科学家首次用量子隐形传态技术实现量子三元通信

图源:aleksandarnakovski/iStock

请和我们共同庆祝量子物理学领域的一个新成就:科学家能够“传送”一条qutrit,即同时具有三种状态的量子信息,为量子计算和通信开辟了一系列新的可能性。

在那之前,量子隐形传态只能通过量子位(qubits)实现,尽管其可传输的距离之遥远令人印象深刻。这项概念验证性研究表明,未来的量子网络能够携带比我们想象的更多的数据,干扰也会更少。

如果你对qutrits知之甚少,那我们先退后一步。简而言之,我们在经典计算中称为位(bit)的小数据单元可能处于0或1这两种状态之一。但在量子计算中,我们有量子位(qubit),它可以同时是0和1(即叠加态)。

而现在,qutrit和trit之间也存在着相同的关系,可以将叠加态添加到0、1、2的经典状态中。一个qutrit可以同时完成所有这些功能,因此在(例如)计算机处理能力或可同时发送的信息量方面,它又向前跨越了一大步。

对于量子计算的研究人员来说,它的复杂性也提高了。

既然我们已经知道了qutrits,那么什么是量子隐形传态呢?它是通过一个叫做“量子纠缠”的现象,从一个地方获取到另一个地方的量子信息,即爱因斯坦所说的“幽灵般的远距效应”。这就是两个量子粒子(或是粒子组)相互连接的方式,因此,无论它们物理上相距多远,其中一个粒子都能反映出另一个粒子的特性。

这不是科幻意义上真正的瞬间移动,而是根据一个地方的数据从另一个地方获取即时数据,其间可能跨越很长的距离。这种量子信息可以通过光子来传输,未来可能的一个用途是用来创建不会受到物理干扰的互联网网络(因为任何干扰都会破坏信息本身)。

通过仔细校准激光、分束器和硼酸钡晶体,将光子的路径分割成三个非常接近的部分,研究人员创建出了量子三元,并产生了纠缠状态。

在对12种状态或纠缠度的测量中,系统产生的保真度为0.75——即其中的四分之三是准确的结果。研究人员称,虽然该装备仍然是缓慢且低效的,但足以证明量子隐形传态是有可能的。

有许多科学家都专注于量子传送领域的研究,无论哪组科学家能够真正宣称已经首先达到这种新的传送水平,这在量子通信领域都是一个重要的时刻——即使其实际应用目前还是有限的。

该团队还表示,他们将来会升级他们的系统,甚至可能达到令人眼花缭乱的四态粒子(ququarts,即在qutrits的基础上加入额外的位)。

研究人员在论文中写道:“结合以往两态粒子复合状态和多重自由度的传送方法,我们的工作为完整地传送量子粒子提供了一个完整的工具箱。”

“我们预计,我们的结果将为高维的量子技术应用铺平道路,因为传送在量子中继器和量子网络中起着核心的作用。”


蝌蚪五线谱编译自sciencealert,译者李彤馨,转载须授权

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