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量子通信里程碑潘建伟团队实现世界首次高 [复制链接]

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近日,中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等和奥地利维也纳大学塞林格小组合作,在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。

国际权威学术期刊《物理评论快报》刊登了这篇论文,并称其是“量子通信领域的一个里程碑”。美国物理学会《物理》杂志表示,这为传输粒子的完整量子态铺平了道路。包括英国物理学会PhysicsWorld网站、《科学美国人》在内的国际权威学术和科普媒体对该工作进行了专题亮点报道。

量子隐形传态

中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍:“量子隐形传态,是一种全新的通信方式,类似于科幻电影中的星际穿越,或者也跟我们的西游记里边的孙悟空,可以就是瞬间从这个地方到另外一个地方的这样的一种操作是非常相近的。”

它能借助量子纠缠这一特性,将未知的量子态传输到遥远地点,而不用传送物质本身,是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

通俗的讲就是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,就如同武侠小说中的“乾坤大挪移”一样。

在自然世界中,真实的物理体系往往包括多个粒子,每个粒子包含多种自由度,而每个自由度又可以有多个维度。要真正实现复杂量子物理系统的完整态传输,并把它应用于可扩展的量子信息技术,量子隐形传态就需要走向多体、多终端、多自由度、高维度和远距离。

在理论创新的基础上,潘建伟研究团队发展高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,成功实现了高维度量子隐形传态,并严格证明了该过程的非经典性以及高维特性。

这是自年实现二维量子隐形传态实验以来,科学家第一次在理论和实验上把量子隐形传态扩展到任意维度,为复杂量子系统的完整态传输以及发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。

美国物理学会等发表评论称,这一成果为传输粒子的完整量子态铺平了道路,也为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的科学基础。

潘教授在一次演讲中说到了利用量子纠缠对人体实现瞬间转移的畅想,潘教授认为,量子科学在未来是可以真正意义上实现瞬间转移的,但在时间上或许还需要上百年之久。

我国量子领域研究屡次突破

各个国家在量子领域都开启战略性的行动,比如量子力学领域的开拓者---美国。我国虽然是后来者但现在在量子领域研究有重大突破并且取得了不菲的成绩,如今的中国在量子通信领域已经站在了世界的最前列。

年8月16日,“墨子号”量子科学实验卫星发射成功。随后,“墨子号”量子卫星在国际上率先实现了千公里级星地双向量子纠缠分发、星地高速量子密钥分发、地星量子隐形传态三大科学目标,我国在量子通信领域跻身国际领先地位。

年10月,上海交通大学金贤敏教授带领的光子集成与量子信息实验室发布了全球首款专用光量子计算软件。同期,华为发布量子计算模拟器HiQ云服务平台,包含量子计算模拟云服务和量子编程框架。

在近3个月中,我们在量子领域连续拿到了5个全球第一。

6月3日,中国科学技术大学杜江峰院士领导的科研团队在世界上首次观察到量子世界的宇称时间对称,他们利用调控量子中的两个元素相引导,实现了量子世界中的宇称时间对称的构建,为进一步研究非传统量子体系所描述的新奇物理奠定了坚实的基础。

7月份,中国科学技术大学教授潘建伟,以及朋友陈宇翱、徐飞虎等在国际性上首次试验建立全光量子中继器的基本原理性认证,很大程度上克服了量子进行信息传播受限距离的问题,为我国的量子通信技术的实现提供了新的途径。

8月份,中国的量子科学家们更是突然发威,连创3个世界纪录。除了实现高维度量子体系的隐形传态,不久前由浙江大学、中国科学院物理研究所、中国科学院自动化研究所、北京计算科学研究中心等国内单位组成的联合团队通力合作,开发出具有20个超导量子比特的量子芯片,并成功操控其实现纠缠,刷新了固态量子器件中生成纠缠态的量子比特数目的世界纪录。

根据市场研究公司Pat信息学的数据,去年,中国的量子技术专利申请数量几乎是美国的两倍,其中包括通信和密码设备。年7月23日,研究机构CBinsights发布报告《20家布局量子计算的科技巨头》,中国企业阿里、百度成功上榜。

中国的努力引发了在美国增加研发资金的呼声,甚至引发了特朗普政府的担忧。由此可见,在量子领域激烈的竞争中,中国的实力将会越来越强!

潘建伟及其团队:“用量子计算研究追逐中国梦”

潘建伟,“墨子号”量子科学实验卫星的首席科学家。27岁时参与的研究成果入选美国《科学》杂志“年度全球十大科技进展”,被《自然》评为“百年物理学21篇经典论文”;31岁任中国科学技术大学教授;41岁成为中国当时最年轻的中科院院士;45岁获国家自然科学一等奖;年被评为《自然》杂志年度十大科学人物;年获得“墨子量子奖”。

潘建伟和他的团队在量子通信、量子计算以及多光子纠缠操纵等量子信息实验领域进行了长期探索和耕耘,做出了重要贡献。

年,潘建伟和奥地利的同事们首次实现了独立光子偏振态的量子隐形传态的实验验证,该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

年,潘建伟提出卫星量子通信这一在国际上没有先例的设想。中科院力排众议,支持潘建伟团队先期开展地面验证试验。

年,潘建伟研究组在国际上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子隐形传态。《自然》杂志发表了这一成果,并称赞他们“完成了一次壮举”。该成果同时入选英国物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展,这是中国科学家的“第一次”。

年,潘建伟团队实现了两光子复合系统的量子隐形传态。

年,潘建伟在国际上率先启动了量子科学实验卫星战略性先导科技专项。

年以来,潘建伟、陆朝阳等人在国际上首创了量子点脉冲共振激发技术,开始引领高性能单光子源的发展。但要实现完美的单光子源,还有两个重大技术难题需要逾越:一是量子点会随机发射两种偏振的光子,二是共振激发需要消除背景激光。

年,潘建伟、陆朝阳等完成多自由度量子隐形传态实验后,随即投入了对高维度课题的五年的潜心研究。在理论上,该团队首次提出了光子体系中可扩展至任意维度的贝尔态测量和量子隐形传态方案;在实验上,该团队引入一个额外辅助光子,发展了高稳定性多通道路径干涉技术,开创了多光子多维度相互作用的实验先河,在此基础上实现了高维度量子隐形传态。

年,潘建伟团队实现了单光子多自由度的隐形传态。

年,基于墨子号量子科学实验卫星,潘建伟团队将量子隐形传态的距离推进至千公里量级。

年1月31日,中国科学技术大学潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予年度克利夫兰奖。这是克利夫兰奖设立90余年来,中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一荣誉。

英国著名的科学新闻杂志《新科学家》以封面标题的形式这样评价潘建伟团队:“中国科大——因而也是整个中国——已经牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”而《自然》杂志则评价道:“国际同行们正在努力追赶中国,中国现在显然是卫星量子通信的世界领导者。”

图片来自网络,侵删

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