量子隐形传态

量子隐形传态

一种全新的通信方式
量子隐形传态(Quantum teleportation),又称量子遥传、量子隐形传输、量子隐形传送、量子远距传输或量子远传,是一种全新的通信方式。[1]它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,在量子纠缠的帮助下,待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的“超时空传输”,在一个地方神秘地消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方神秘地出现。
    中文名:量子隐形传态 外文名: 所属学科:量子通信 英文名:Quantum teleportation 又称:量子遥传、量子隐形传输等 类别:利用分散量子缠结与一些物理讯息

定义

量子隐形传态(quantum teleportation)是经由经典通道和EPR通道传送未知量子态。通俗来讲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还原出来。因量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理,限制人们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来,因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分,它们分别由经典通道和量子通道送到乙地,根据这些信息,在乙地构造出原量子态的全貌。

原理

量子隐形传态的基本原理,就是对待传送的未知量子态与EPR对的其中一个粒子实施联合Bell基测量,由于EPR对的量子非局域关联特性,此时未知态的全部量子信息将会“转移”到EPR对的第二个粒子上,只要根据经典通道传送的Bell基测量结果,对EPR的第二个粒子的量子态施行适当的幺正变换,就可使这个粒子处于与待传送的未知态完全相同的量子态,从而在EPR的第二个粒子上实现对未知态的重现。

研究成果

1997年,奥地利Zeilinger小组在室内首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证,成为量子信息实验领域的经典之作。2004年,该小组利用多瑙河底的光纤信道,成功地将量子隐形传态距离提高到了600米。但是由于光纤信道中的损耗和退相干效应,传态的距离受到了极大的限制,如何大幅度地提高量子隐形传态的距离成了量子信息实验领域的重要研究方向。

2004年,中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信。在自由空间,环境对光量子态的干扰效应极小,而光子一旦穿透大气层进入外层空间,其损耗更是接近于零,这使得自由空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具优势。该小组早在2005年就在合肥创造了13公里的自由空间双向量子纠缠“拆分”、发送的世界纪录,同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。

2007年开始,中国科学技术大学-清华大学联合研究小组开始在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道,并取得了一系列关键技术突破,最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态,证实了量子隐形传态过程穿越大气层的可行性,为未来基于卫星中继的全球化量子通信网鉴定了可靠基础。除此之外,联合小组还在该研究平台上针对未来空间量子通信需求开展了诱骗态量子密钥分发等多个方向的研究,取得了丰富的成果。

2012年8月,中国科学家潘建伟等人在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发,为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定技术基础。“在高损耗的地面成功传输100公里,意味着在低损耗的太空传输距离将能达到1000公里以上,基本上解决了量子通讯卫星的远距离信息传输问题。

2012年9月,维也纳大学和奥地利科学院的物理学家实现了量子态隐形传态最远距离——143公里,创造了新的世界纪录。

2016年8月16日成功发射了世界首颗量子卫星,科学家将在“世界屋脊”西藏阿里和这颗卫星之间开展“量子隐形传态”实验。这与《星际迷航》中的超时空传输很类似。当然,它们并不相同——在中国科学家开展的量子隐形传态实验中,被传输的是信息而非实物。

科学意义

量子隐形传态是量子通信中最简单的一种。 从事量子隐形传态实验,是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。

量子通信拥有“绝不泄密”的本领,保护用户通信安全。由于量子具有不可再分、不可复制的特性,如果在传输中受到干扰就会改变状态,接收方就可以发现。也就是说,除了在保护通信安全的前提下,量子通信还有“反窃听”的功能。如果有人窃听,信息就被偷听动作改变了,从而可以保证内容的绝密。

最新成果

2015年12月10日报道,加拿大Hyperstealth生物技术公司日前表示,他们所研发的“量子隐形”材料及相关技术已经获得重大突破,并已得到美国和加拿大军方的认可。

研发人员称,“量子隐形”材料可通过折射周围光线来实现“完全隐形”的惊人效果。这种材料可以用来制作隐形衣,帮助战场的士兵通过隐形来完成高难度的作战任务。该公司首席执行官盖伊·克拉默介绍说:"量子隐形"材料不仅能帮助特种部队在白天完成突袭行动,而且还能帮助士兵在遭遇不测时顺利逃生。此外,这种材料还有望在下一代隐形战机、潜艇和坦克上得到应用,让其实现真正的隐形,帮助部队在"无形"中完成对敌方的打击任务。”

目前Hyperstealth公司仅在其官方网站上发布了一些“量子隐形”材料的效果图,而并没有披露更多的技术细节。

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