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量子隱形傳態和量子態的“瞬間傳輸”

更新時間:2023-11-26 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

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1、雖然懸疑連續劇中人的“瞬間傳輸”還是個夢,但中國科學技術學院潘建偉團隊早已實現了地面與量子衛星“墨子號”之間量子態的“瞬間傳輸”——量子隱型傳態。不過,好多不專業的科普文章將量子隱型傳態描述為懸疑片中可以超光速傳遞信息的手段,但是它并不存在這一能力。另外,量子隱型傳態傳遞的并不是物質本身,光子并沒有千里迢迢地挪到另一處。17p物理好資源網(原物理ok網)

2、潘建偉團隊還實現了地星之間的“量子秘鑰分發”。量子秘鑰分發是一種理論上絕對安全、不可被監聽的加密方式。17p物理好資源網(原物理ok網)

3、新聞中提及的量子衛星“墨子號”,并不是指衛星處于量子狀態,而是指這顆科學衛星的主要任務是與地面協同完成量子領域里的科學研究。除此之外,“墨子號”衛星與其他衛星在結構上并無區別。17p物理好資源網(原物理ok網)

4、量子隱型傳態和量子秘鑰分發是未來構建大規模全球化量子網路的關鍵環節。量子網路可以用于實現量子通訊(愈發安全可靠)和分布式量子估算(估算能力更強)。17p物理好資源網(原物理ok網)

核實者:趙琦|復旦學院交叉信息大學博士生17p物理好資源網(原物理ok網)

在量子科學實驗衛星“墨子號”升空一年后,中國科學技術學院潘建偉院士率領的團隊聯合其他多家國內重要科研機構在國際上首次實現了地面與“墨子號”衛星之間的量子秘鑰分發和量子隱型傳態,其相關結果發表在國際權威刊物《自然》(《》)上。在此之前,“墨子”衛星實現了量子糾纏分發和貝爾不方程遵守的驗證,這一壯舉發表在另一國際權威刊物《科學》(《》)上。在這兒我們將針對其中的一些相關概念以及常見誤區進行簡略介紹。17p物理好資源網(原物理ok網)

量子衛星“墨子號”和其他衛星有哪些不同?17p物理好資源網(原物理ok網)

量子隱態傳輸_量子隱態傳輸可以傳輸物體嗎_量子隱態傳輸物理實驗17p物理好資源網(原物理ok網)

可能好多人對量子衛星會形成誤會,這兒所說的量子衛星并不是指衛星處于量子狀態,而是指這顆科學衛星的主要任務是借助其攜帶的能發射量子態的裝置,與地面的量子通訊,協同完成量子領域的科學研究。除此之外,“墨子號”衛星與其他衛星在結構上并無區別。17p物理好資源網(原物理ok網)

“墨子號”此次主要有三個科學實驗任務:1、量子糾纏分發以及貝爾不方程的驗證;2、量子秘鑰分發;3、量子隱型傳態。17p物理好資源網(原物理ok網)

成果一:實現千公里級“量子隱型傳態”。可以理解為量子態的“瞬時傳輸”,但并非懸疑片中可以超光速傳遞信息的手段17p物理好資源網(原物理ok網)

量子隱型傳態就是借助量子糾纏將一個未知的量子態只通過精典信道傳送到另一個遙遠的地點?!傲孔蛹m纏”是量子熱學中反直覺的現象之一,淺顯來講,就是兩個相隔很遠的粒子,她們擁有某種“神奇的默契”,可以在沒有任何通信的情況下呈現出一致的狀態。倘若其中一個量子的狀態發生改變,另一個量子的狀態也會瞬時發生相應改變?!傲孔蛹m纏”曾被愛因斯坦評價“鬼魅的超距作用”。17p物理好資源網(原物理ok網)

潘建偉團隊實現量子隱型傳態的大約過程如下:假定有1,2,3個光子,2和3是糾纏光子對(擁有某種“神奇的默契”),1是想要傳輸的量子態量子隱態傳輸,1、2在地面站,3分發給“墨子號”衛星。通過對1、2共同進行檢測,并將結果發送給衛星,3按照收到的檢測結果經過處理后會變成1最開始的樣子。也就是說一個與光子1狀態幾乎一模一樣的光子,出現在了衛星上。17p物理好資源網(原物理ok網)

影片《星際迷航》經典對白:Beammeup,(把我傳送到飛船上)17p物理好資源網(原物理ok網)

注意,量子隱型傳態傳遞的并不是物質本身,光子并沒有千里迢迢地挪到另一處。相反它是借助一端的信息在另一個很遠的地方將原本的量子態塑造下來,而原本的量子態會由于檢測受到破壞量子隱態傳輸,因而它與量子不可克隆原理并不矛盾。須要注意的是好多并不專業的科普文章將量子隱型傳態描述為懸疑片中可以超光速傳遞信息的手段。但是事實上,它并不存在這一能力,如果千里之外的某人想要將她手中的量子態傳遞給我,我須要通過電話,互聯網等精典信道接受到她的信息后,經過相應的后處理我們手中的量子態就會坍縮成想要傳遞的目標態。17p物理好資源網(原物理ok網)

成果二:實現千公里級量子秘鑰分發,量子秘鑰分發是一種理論上絕對安全、不可被監聽的加密方式17p物理好資源網(原物理ok網)

在地面上的量子秘鑰分發系統早已可以達到百公里量級,而這次的地星量子秘鑰分發最遠通訊距離可以達到1200公里。17p物理好資源網(原物理ok網)

量子秘鑰分發是一種基于量子熱學原理可以提供無條件安全秘鑰共享的方式。通訊的用戶們在擁有安全且相同的秘鑰后再對自己的信息進行一次一密(one-timepad),進而實現安全通訊。須要注意的是因為信道的耗損,量子秘鑰分發的是秘鑰而不是信息本身。通常在量子秘鑰分發中,秘鑰被編碼在處于疊加態的化學系統中,比如單光子。信道中的監聽者因為不可克隆原理難以直接復制量子態,想要獲取秘鑰的信息不可防止地會對系統導致擾動,這一擾動會被通訊雙方發現因而安全性得到的保證。17p物理好資源網(原物理ok網)

所以相比于傳統通訊,量子通信愈發安全可靠。用戶之間可以通過量子網路完成量子秘鑰分發,使用秘鑰對通訊進行加密。量子通信的安全性不再依賴算法的復雜性,而是基于量子熱學的基本原理,如量子不可克隆原理,海森堡不確定性理論。17p物理好資源網(原物理ok網)

量子隱型傳態和量子秘鑰分發是未來構建大規模全球化量子網路的關鍵環節17p物理好資源網(原物理ok網)

在“墨子號”之前,量子隱型傳態的相關實驗技術經過了多年發展。并且因為光纖的耗損,最遠的傳輸距離只能達到100公里量級。而“墨子號”的這次實驗完成了1400公里距離的量子隱型傳態。與地面上使用光纖的這一傳統傳輸方法不同,“墨子號”與地面的通訊中大部份的信道是真空組成,光在真空中不會形成耗損,這大大提升了傳輸距離。17p物理好資源網(原物理ok網)

長距離的量子隱型傳態被覺得是構建大規模全球化的量子網路的重要環節。量子網路可以用于實現量子通訊(愈發安全可靠)和分布式量子估算(估算能力更強)。所以“墨子號”的成功只是一個開始,未來都會有更多興奮人心的成果等著我們。17p物理好資源網(原物理ok網)

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