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陳根:量子非相鄰節(jié)點間,實現(xiàn)信息共享

文|陳根

提到“瞬間傳輸”,很多人腦子里都會浮現(xiàn)起《星際迷航》。該電影能夠讓人(和其他東西)非物質化,并將其以粒子形式傳送到另一個地點,然后在那里將他們完整地重組起來。雖然目前的科技離瞬間傳輸人類還有一定距離,但是科學家們創(chuàng)造了一套“量子隱形傳態(tài)”的數(shù)據(jù)傳輸方法。
這種被稱為“量子隱形傳態(tài)”(quantum teleportation)的技術,不改變一個粒子(如一個光子)位置的情況下,把其上的特定信息在另一個粒子上重建起來,中間無需具體的傳送物質,就像是魔術里面的“大變活人”。

這種隱形傳態(tài)需要通過量子糾纏來實現(xiàn)——兩個粒子糾纏在一起,進行遠距離“交流”。而無論兩個粒子之間的距離有多遠,改變其中一個粒子的性質,另一個粒子也會立即發(fā)生改變。從而,信息在它們之間發(fā)生了傳遞。
在新研究中,荷蘭代爾夫特理工大學的研究團隊利用量子的糾纏特性,嘗試在三個節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù)(此前只能在兩點之間),實現(xiàn)了不通過導電銅纜或光纖等介質的情況下傳輸數(shù)據(jù)。
該研究團隊一共開發(fā)了三套這樣的系統(tǒng),分別命名為 Alice、Bob 和 Charlie。實驗中,他們先向 Alice 和 Bob 發(fā)送了單個光子(光粒子)以“糾纏”屬于它們的兩個都被賦予了相同自旋的電子。
隨后,科學家們將電子狀態(tài)轉移到 Bob 合成鉆石內(nèi)的碳核中,通過釋放 Bob 的電子實現(xiàn)與 Charlie 的糾纏,這樣就能夠得到 Alice、Bob 和 Charlie 兩兩糾纏到一起,從而解決無法在兩個非相鄰節(jié)點間實現(xiàn)量子數(shù)據(jù)的傳態(tài)難題。

值得一提的是,科學家們使用了氮空位系統(tǒng)(Nitrogen Vacancy System),以通過合成鉆石中的一個很小空間來捕獲電子。雖然該實驗的量子比特傳態(tài)僅在約 60 英尺的距離內(nèi)開展,但科學家們希望未來可以拓展到數(shù)英里的范圍,構建出一套高度安全、可靠的新型量子系統(tǒng)。
目前,該研究發(fā)表在《自然》雜志上。未來,在安全通信、量子計算、下一代互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)方面,其具有重要價值。
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