科學家首次用量子隱形傳態技術實現量子三元通信

2020-11-26 驅動之家

請和我們共同慶祝量子物理學領域的一個新成就：科學家能夠「傳送」一條qutrit，即同時具有三種狀態的量子信息，為量子計算和通信開闢了一系列新的可能性。

在那之前，量子隱形傳態只能通過量子位（qubits）實現，儘管其可傳輸的距離之遙遠令人印象深刻。這項概念驗證性研究表明，未來的量子網絡能夠攜帶比我們想像的更多的數據，幹擾也會更少。

如果你對qutrits知之甚少，那我們先退後一步。簡而言之，我們在經典計算中稱為位（bit）的小數據單元可能處於0或1這兩種狀態之一，但在量子計算中，我們有量子位（qubit），它可以同時是0和1（即疊加態）。

而現在，qutrit和trit之間也存在著相同的關係，可以將疊加態添加到0、1、2的經典狀態中。一個qutrit可以同時完成所有這些功能，因此在（例如）計算機處理能力或可同時發送的信息量方面，它又向前跨越了一大步。

對於量子計算的研究人員來說，它的複雜性也提高了。

既然我們已經知道了qutrits，那麼什麼是量子隱形傳態呢？

它通過一個叫做「量子糾纏」的現象，從一個地方獲取到另一個地方的量子信息，即愛因斯坦所說的「幽靈般的遠距效應」。

這就是兩個量子粒子（或是粒子組）相互連接的方式，因此，無論它們物理上相距多遠，其中一個粒子都能反映出另一個粒子的特性。

這不是科幻意義上真正的瞬間移動，而是根據一個地方的數據從另一個地方獲取即時數據，其間可能跨越很長的距離。

這種量子信息可以通過光子來傳輸，未來可能的一個用途是用來創建不會受到物理幹擾的網際網路網絡（因為任何幹擾都會破壞信息本身）。

通過仔細校準雷射、分束器和硼酸鋇晶體，將光子的路徑分割成三個非常接近的部分，研究人員創建出了量子三元，並產生了糾纏狀態。

在對12種狀態或糾纏度的測量中，系統產生的保真度為0.75——即其中的四分之三是準確的結果。研究人員稱，雖然該裝備仍然是緩慢且低效的，但足以證明量子隱形傳態是有可能的。

有許多科學家都專注於量子傳送領域的研究，無論哪組科學家能夠真正宣稱已經首先達到這種新的傳送水平，這在量子通信領域都是一個重要的時刻——即使其實際應用目前還是有限的。

該團隊還表示，他們將來會升級他們的系統，甚至可能達到令人眼花繚亂的四態粒子（ququarts，即在qutrits的基礎上加入額外的位）。

研究人員在論文中寫道：「結合以往兩態粒子複合狀態和多重自由度的傳送方法，我們的工作為完整地傳送量子粒子提供了一個完整的工具箱。」

「我們預計，我們的結果將為高維的量子技術應用鋪平道路，因為傳送在量子中繼器和量子網絡中起著核心的作用。」

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