中國科學(xué)家實現(xiàn)世界最遠(yuǎn)距離量子通信傳輸實驗

        近日，中國科學(xué)家實現(xiàn)了目前世界上最長距離的“量子通信傳輸”(teleportation)或者稱為“物質(zhì)瞬間傳送技術(shù)”技術(shù)。來自中國科技大學(xué)和清華大學(xué)的研究人員在合肥國家實驗室完成了他們的自由空間量子通信實驗，并且成功地將通信距離延伸到了10英里。在這之前，這項傳輸距離的最大值僅為幾百米。 

        需要說明的一點是，量子通信與我們從科幻小說中了解到的并不相同，在科幻電影或小說中一個地方的物體或人可以在另一個地方完美的復(fù)制出來。在量子通信中，兩個光子或離子形成糾纏態(tài)，當(dāng)一個的量子態(tài)發(fā)生改變另一個也隨之改變，就好象它們?nèi)匀贿B在一起。因而能讓量子信息實現(xiàn)遠(yuǎn)距通信。 

        曾被愛因斯坦稱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，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著某種糾纏關(guān)系，不管它們被分開多遠(yuǎn)，只要一個粒子發(fā)生變化就能立即影響到另外一個粒子，即兩個處于糾纏態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感知”和影響對方的狀態(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之間，不論距離的即時通信順利完成。在以前的實驗中，光子被限制在數(shù)百米長的光纖信道內(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。如今，中國科學(xué)家把糾纏態(tài)的高能光子對穿過10英里長的自由空間通道，量子保密通信技術(shù)的物理原理保證了其絕對安全性。這一距離是目前國際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠(yuǎn)距離,也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發(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%。這項突破意味著不久的未來量子通信應(yīng)用將能擴大到全球規(guī)模。 

        該實驗由中國科技大學(xué)的科學(xué)家潘建偉教授主導(dǎo)，實現(xiàn)了目前國際上最遠(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)表于國際物理學(xué)權(quán)威期刊《物理評論快報》。該期刊的審稿人對這一成果給予了高度評價，稱之為“一項相當(dāng)了不起的成就”。 

        在該實驗中，科學(xué)家們通過“自由空間糾纏光子的分發(fā)”，首次在國際上證明了糾纏光子在穿透等效于整個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。這一研究成果為實現(xiàn)全球化的量子通信奠定了實驗基礎(chǔ)。 

        該項實驗，為全球范圍內(nèi)量子保密通訊的實現(xiàn)帶來希望。 

        據(jù)潘建偉的研究團(tuán)隊介紹，他們正在計劃開展更遠(yuǎn)距離的量子通信實驗，下一步的目標(biāo)是通過自由空間實現(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，人類能夠通過通信衛(wèi)星實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離乃至全球的量子保密通信。