新科學家 ByAnil Ananthaswamy
19September 2016
已創(chuàng)下一個量子隱形傳態(tài)的新世界紀錄，把能延伸在城市之間的量子通信網(wǎng)絡(luò)更近一步。兩個獨立的團隊已經(jīng)在幾公里長的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸了量子信息。
能夠建立遠距離的量子隱形傳態(tài)是朝著在光纖上發(fā)送編碼的數(shù)據(jù)所需的交換量子加密密鑰的關(guān)鍵一步。
量子隱形傳態(tài)是一種其中一個粒子的量子態(tài)能被傳到另一個遙遠的粒子它們之間沒有任何物理旅行的東西的現(xiàn)象。它依賴一個稱為糾纏的屬性，在糾纏中測量一個粒子的狀態(tài)立即的影響它糾纏的合作伙伴，與它們之間的距離無關(guān)。
從概念上講，一個做量子隱形傳態(tài)的辦法涉及三個參與者：就說是愛麗絲、鮑勃和查理。為了讓愛麗絲和鮑勃交換加密密鑰，他們必須首先在查理的幫助下建立量子隱形傳態(tài)的能力。
首先愛麗絲給查理發(fā)送一個粒子(A)。同時，鮑勃創(chuàng)建一對糾纏的粒子(B和C)，發(fā)送B到查理并持住C，.查理接收A和B并以這樣一種不可能告訴哪個粒子是由愛麗絲發(fā)送的和哪個粒子是由鮑勃發(fā)送的方式測量。這個在粒子A量子態(tài)中的所謂的貝爾狀態(tài)測量結(jié)果被轉(zhuǎn)移到粒子C，粒子C在鮑勃那里的。
進一步延伸
在1997年進行的第一個量子隱形傳態(tài)實驗中，愛麗絲、鮑勃和查理坐在同一個實驗室里的相同的光學長椅上。所涉及的距離均是數(shù)十厘米。如果量子隱形傳態(tài)的距離被定義為查理和鮑勃之間的距離的話，那么直到最近這個的記錄是僅800米，因為用跑的太快的光子做一個貝爾狀態(tài)測量是困難的。
愛麗絲和鮑勃之間的絕對距離紀錄是在2012年創(chuàng)建的，當一個由維也納大學安東·澤林格領(lǐng)導的小組實現(xiàn)了在兩個加那利群島的之間超過143公里的自由空間的量子隱形傳態(tài)時。但沒有明顯的來把這個壯舉變成一個實用的將在一個城市內(nèi)工作的量子網(wǎng)絡(luò)的方式，在那里自由空間是很難得的并且其它干擾會消滅優(yōu)雅的量子狀態(tài)。
現(xiàn)在，加拿大艾伯塔省卡爾加里大學的沃爾夫?qū)ぬ崽貭柡屯聜円呀?jīng)加大了這個賭注。他們擴展了查理和鮑勃之間的距離并使用卡爾加里的不被定期通信使用的光纖網(wǎng)絡(luò)部分隱形傳態(tài)了量子態(tài)。
提特爾說，"查理和鮑勃之間的距離，這是要數(shù)的距離，我們已經(jīng)表明了這個跨一個超過6.2公里的大都會光纖網(wǎng)絡(luò)工作的，就像烏鴉飛一樣"。
中國科學技術(shù)大學的潘建偉和他的同事當他們使用合肥市光纖網(wǎng)絡(luò)隱形傳態(tài)了量子態(tài)時取得了一個可比的查理和鮑勃之間的分隔。雖然他們的設(shè)置略有不同：是在中間的查理創(chuàng)建了糾纏的粒子對并把一個發(fā)送給了鮑勃，而不是反過來。
壯舉的重復
潘的配置對在一個城市內(nèi)建立一個量子網(wǎng)絡(luò)可以證明有用的，在那里多套的愛麗絲-查理-鮑勃把每個通訊與一個中央量子計算機鏈接起來。但提特爾的研究小組認為他們的設(shè)置可以使城市之間的量子通信網(wǎng)絡(luò)成為可能。
這是因為它允許量子中繼器的創(chuàng)建，來推動這個信號進一步沿著這個網(wǎng)絡(luò)。就說愛麗絲和鮑勃分開100公里的，鮑勃在愛麗絲的右邊。兩個都創(chuàng)建一對糾纏態(tài)的粒子、保持一個并把另一個發(fā)送給查理，查理在它們的之間。查理執(zhí)行貝爾狀態(tài)測量，把這些粒子仍就糾纏與愛麗絲和鮑勃。
現(xiàn)在說鮑勃與黛西重復這一過程，黛西在他右側(cè)100公里處（有另一個查理在它們的之間）。如果鮑勃現(xiàn)在對他的兩個粒子做一個貝爾態(tài)測量，他有效的把黛西的粒子與愛麗絲的粒子糾纏------延伸量子隱形傳態(tài)滿一個200公里。
提特爾說，"在理論上你可以把整件事擴大規(guī)模到任意長的距離"。
慕尼黑馬克斯·普朗克量子光學研究所的約翰內(nèi)斯·斯坦說，"這兩個實驗能被看為是一個長期的目標道路上的里程碑，即來建造一個基于光纖的連接大城市的量子互聯(lián)網(wǎng)"。
Journal reference:NaturePhotonics, DOI:10.1038/nphoton.2016.180
“The two experiments can be seen asmilestones on the path to a long-term goal, namely to build afibre-based quantum internet connecting large cities,” saysJohannes Koflerat the Max PlanckInstitute of Quantum Optics in Munich.
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