中國量子通信技術獲得突破 2

1、中國量子通信技術獲得突破 中科大-清華聯(lián)合小組的研究人員在發(fā)送端調校光學設備聽起來，這并不像是一個復雜的實驗：位于北京八達嶺長城腳下的送信者，要向站在河北省張家口市懷來縣的收信者發(fā)出一段信息。這段距離僅有16公里，在晴朗的白天，他們彼此甚至目力可及。僅僅，這并不是一封信、手機短信或電子郵件，而是好像“時鐘指針”一樣表示著量子運動狀態(tài)的量子態(tài)。這已經是量子態(tài)當前在世界上跑出的最長距離。6月1日，世界頂級科學刊物自然雜志的子刊自然光子學以封面論文的形式，刊登了這項成果：一個量子態(tài)在八達嶺消失后，在并沒有經過任何載體的情況下，瞬間出現(xiàn)在了16公里以外。實驗的名稱叫做自由空間量子隱形傳態(tài)，由中國科學技

2、術大學與清華大學組成的聯(lián)合小組完成。公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現(xiàn)了世界上最遠距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性“即使我們只傳送了16公里，但這在科學上證明了量子信息的遠距離傳輸是可行的，也意味著量子信息通過衛(wèi)星實行傳遞有可能實現(xiàn)?！笔Y碩說。想要給大家都講明白實在是一件痛苦的事 這確實是一個難以令人理解的研究領域，面對抱著巨大好奇心的公眾，研究者不禁感到苦惱，“想要給大家都講明白實在是一件痛苦的事”。早在3年前，中科大前校長朱清時院士在形容負責組建聯(lián)合小組的中科大教授潘建偉時也聲稱，潘在量子通信領域的工作“對于一般人來說是

3、難以理解的”，“不然會感到更強的震撼力”。一切還要從量子說起。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”就是光的最小單位。在奇特的量子世界里，量子存有一種奇妙的“糾纏”運動狀態(tài)。中科大量子信息實驗室教授彭承志愿意將一對糾纏狀態(tài)下的光子比作有著“心電感應”的兩個粒子。再用個更貼切的比喻，糾纏光子就好像一對“心有靈犀”的骰子，甲乙兩人身處兩地，分別各拿其中一個骰子，甲隨意擲一下骰子是5點，與此同時，乙手中的骰子會自動翻轉到5點。事實上，乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握著幾點。因為在物理學上，每一次對糾纏光子的測量都會破壞原有的狀態(tài)，“就像冰淇淋，你必須嘗一口才知道它的味道。但當你嘗了一口時

4、，冰淇淋就已經發(fā)生改變?！币粋€專業(yè)人士這樣解釋。所以，甲只需要通過電話、短信等渠道告訴乙，自己剛剛擲出了5點。乙即便不用攤開手掌，也能夠知道自己手邊這個“心電感應”的骰子也成了5點。這聽起來就像一場魔術表演。僅僅，甲和乙之間傳送的僅僅類似“轉成5點”之類的信息，而不是實物。這是當前量子態(tài)在自由空間中隱形傳輸的最遠距離 這段16公里的旅程創(chuàng)造了新的世界紀錄，這是當前這個星球中量子態(tài)在自由空間中所能隱形傳輸的最遠距離?！凹词瓜胍吹叫请H旅行中發(fā)送我吧這樣的場景，我們還得等上一些年，但量子態(tài)隱形傳輸這項發(fā)現(xiàn)，預示著我們將進入由具有不可思議的水平的量子計算機發(fā)展而帶來的新時代?！笨苹秒娪靶请H旅行至今仍

5、在科幻娛樂史上排名榜首。它講述了人類的夢想：宇航員在特殊裝置中平靜地說一句，“發(fā)送我吧，蘇格蘭人”，他就會瞬間轉移到外星球。在經典游戲“暗黑破壞神”中，女巫角色的技能是“瞬間轉移”。只要施展這個魔法，女巫就會伴著一道閃光消失，并出現(xiàn)在任意一個想去的地方?！斑@種現(xiàn)象，與量子態(tài)隱形傳輸很類似?！币晃宦?lián)合小組成員謹慎地選擇著用詞。當然，它們并不相同。在這項實驗中，被傳輸的是信息而并非實物。這次中國的實驗在技術上有了重大創(chuàng)新，光子在傳播過程中會因偏振而引起變化，聯(lián)合小組的科學家們對此實行了“正反饋”，即用簡單的光學器械控制住光子的偏振態(tài)，使這次實驗的保真度最終達到了89。也就是說，“即使不能準確無誤地

6、發(fā)送每一個碼，但信息是能夠傳送的”。“如果地點允許，我們本來希望能達到20公里?！甭?lián)合小組成員、清華大學物理系副研究員蔣碩覺得很遺憾。他在一間窗臺上生長著翠綠爬藤的辦公室里接受了記者的采訪。隨著高度增加，空氣也會變得更加稀薄。所以，地表10公里的空氣密度，基本相當于從地球到外層空間幾十公里距離的空氣密度。“20公里的傳送距離，就表明光子能夠在地表與外層空間衛(wèi)星間打一個來回。”這也就意味著量子信息能夠通過衛(wèi)星在不同地區(qū)，甚至國家間傳遞。可在野外實驗，狀況卻無法保證同實驗室里一樣理想而精確。最終，因為位置便利，研究者們將“秘密基地”分別設在八達嶺長城腳下與河北懷來的兩家小旅館，地理距離16公里。利

7、用量子糾纏技術，需要傳輸的量子態(tài)如同科幻小說中描繪的“超時空穿越”，在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現(xiàn)。為了防御一個還未出現(xiàn)的威脅 這些站在科學領域最前沿的中國物理學家明白，實行量子通信研究，除了能夠實現(xiàn)隱形傳態(tài)這種奇妙的物理現(xiàn)象以外，還能夠實現(xiàn)更重要的使命，那就是防御一種“還未出現(xiàn)的威脅”。威脅來自尚未被成功發(fā)明的量子計算機。早在上個世紀，科學家們就已經開始設想，用量子系統(tǒng)構成的計算機來模擬量子現(xiàn)象，從而大幅度減少運算時間。如果將未來的量子計算機比作大學教授，今天所謂超級計算機的水平甚至還比不上剛上幼兒園的小班兒童。你能夠想象這樣一個驚人的對比：現(xiàn)在對一個5

8、00位的阿拉伯數字實行因子分解，當前最快的超級計算機將耗時上百億年，而量子計算機卻只需大約幾分鐘?！耙坏┠膫€瘋子發(fā)明出來量子計算機，他就能夠攻破所有的密碼。”蔣碩指出了這個可怕的威脅。事實上，現(xiàn)在通用的加密方式并非如想象般安全，它們都有破譯的方法，只不過因為現(xiàn)有計算機運行水平的限制，破譯一個密鑰可能要耗費上萬年，甚至上百萬年。如果量子計算機出現(xiàn)，我們當前自以為安全的一切將不堪一擊。那將是一個超級神偷，能夠偷走現(xiàn)代文明中人們賴以生存的一切銀行存款、網絡信息。它也充足沖破軍事或安全系統(tǒng)，調轉導彈的軌道，令整個國家陷入混亂與災難。所以，沒有人敢懈怠，“這并不是一項杞人憂天的研究。所有的防御必須出現(xiàn)在

9、進攻之前。”美國科學家的預言就像一個倒計時牌，“量子計算機可能將在50年之后出現(xiàn)?！彼?，“只有采用量子信息才是安全的，必須占據先機?！边@樣一切“竊聽手段”將失去原有的意義。量子隱形傳輸：不等于超時空穿越 2010年06月24日 08：26 中國國家天文 【大 中 小】【打印】 共有評論27條聽起來，這并不像是一個復雜的實驗：位于北京八達嶺長城腳下的送信者，要向站在河北省張家口市懷來縣的收信者發(fā)出一段信息。中科大清華聯(lián)合小組的研究人員在發(fā)送端調校光學設備美國國際科技信息網站盛贊，這個成果代表著量子通信應用的巨大飛躍。這確實是一個難以令人理解的研究領域，面對抱著巨大好奇心的公眾，研究者不禁感到苦

10、惱，“想要給大家都講明白實在是一件痛苦的事”。一切還要從量子說起。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”就是光的最小單位。事實上，乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握著幾點。因為在物理學上，每一次對糾纏光子的測量都會破壞原有的狀態(tài)，“就像冰淇淋，你必須嘗一口才知道它的味道。但當你嘗了一口時，冰淇淋就已經發(fā)生改變?！币粋€專業(yè)人士這樣解釋。這聽起來就像一場魔術表演。僅僅，甲和乙之間傳送的僅僅類似“轉成5點”之類的信息，而不是實物。這段16公里的旅程創(chuàng)造了新的世界紀錄，這是當前這個星球中量子態(tài)在自由空間中所能隱形傳輸的最遠距離。雖然當時的傳輸距離僅達數米，但美國科學雜志卻將其列為該年度世界十

11、大科技進展?？茖W雜志的評語是：“即使想要看到星際旅行中發(fā)送我吧這樣的場景，我們還得等上一些年，但量子態(tài)隱形傳輸這項發(fā)現(xiàn)，預示著我們將進入由具有不可思議的水平的量子計算機發(fā)展而帶來的新時代?！薄斑@種現(xiàn)象，與量子態(tài)隱形傳輸很類似。”一位聯(lián)合小組成員謹慎地選擇著用詞。當然，它們并不相同。在這項實驗中，被傳輸的是信息而并非實物。不過接下來，發(fā)展并不算順利。直到2004年，蔡林格小組才利用多瑙河底的光纖信道，將量子隱形傳態(tài)距離提升到600米?！叭绻攸c允許，我們本來希望能達到20公里?！甭?lián)合小組成員、清華大學物理系副研究員蔣碩覺得很遺憾。他在一間窗臺上生長著翠綠爬藤的辦公室里接受了記者的采訪。可在野外實

12、驗，狀況卻無法保證同實驗室里一樣理想而精確。最終，因為位置便利，研究者們將“秘密基地”分別設在八達嶺長城腳下與河北懷來的兩家小旅館，地理距離16公里?！凹词刮覀冎粋魉土?6公里，但這在科學上證明了量子信息的遠距離傳輸是可行的，也意味著量子信息通過衛(wèi)星實行傳遞有可能實現(xiàn)。” 蔣碩說。這些站在科學領域最前沿的中國物理學家明白，實行量子通信研究，除了能夠實現(xiàn)隱形傳態(tài)這種奇妙的物理現(xiàn)象以外，還能夠實現(xiàn)更重要的使命，那就是防御一種“還未出現(xiàn)的威脅”。你能夠想象這樣一個驚人的對比：現(xiàn)在對一個500位的阿拉伯數字實行因子分解，當前最快的超級計算機將耗時上百億年，而量子計算機卻只需大約幾分鐘。如果量子計算機出現(xiàn)，我們當前自以為安全的一切將不堪一擊。那將是一個超級神偷，能夠偷走現(xiàn)代文明中人們賴以生存的一切銀行存款、網絡信息。它也充足沖破軍事或安全系統(tǒng)，調轉導彈的軌道，令整個國家陷入混亂與災難。所以，沒有人敢懈怠，“這并不是一項杞人憂天的研究。所有的防御必須出現(xiàn)在進攻之前?！泵绹茖W家的預言就像一個倒計時牌，“量子計算機可能將在50年之后出現(xiàn)?！碑斎唬巯逻@僅僅一場看不見對手的戰(zhàn)爭。“如果沒有量子計算機這支矛，量子信息這面盾就發(fā)揮不出作用?！笔Y碩說。他同時也認為，即便技術成熟，“如果量子計算機沒有出現(xiàn)，并沒必要實行大規(guī)模的產業(yè)換代”。顯然，能夠傳遞一組信息并不意味著已經能夠傳遞實物。“我們對世