Qutrit量子實驗獲得成功，量子通信發(fā)展邁出重要一步

（文章來源：網(wǎng)絡(luò)整理）

科學(xué)家第一次成功傳輸qutrit量子信號，該信號為一個三方的量子信息單元，這一研究成果先后由中國和奧地利的科學(xué)家完成。首先是中國的物理學(xué)家郭光燦和中國科技大學(xué)（USTC）的同事們在4月28日發(fā)表了他們的結(jié)果，接著是奧地利科學(xué)院的Anton Zeilinger和中國科技大學(xué)的潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的國際合作團隊，他們在6月24日公布了其研究結(jié)果。

兩個團隊的獨立研究結(jié)果是量子隱形傳態(tài)領(lǐng)域的重要進步。量子隱形傳態(tài)領(lǐng)域長期以來僅限于量子信息的量子比特單位，類似于經(jīng)典計算中使用的二進制“比特”。這些概念驗證實驗表明：在未來的量子網(wǎng)絡(luò)中可以使用攜帶更多信息并且具有比量子比特更大的抗噪聲性能的qutrits。

量子遠距離傳送這個名字讓人聯(lián)想到“星際迷航”中的一項技術(shù)，其中“運輸者”可以“射出”宏觀物體在遙遠的太空點之間。而在量子隱形傳態(tài)中，被傳輸?shù)氖莾蓚€糾纏粒子的狀態(tài)例如電子的自旋。即使相隔很遠，糾纏的粒子也有著神秘的聯(lián)系，在兩個糾纏電子的情況下，無論一個電子的自旋發(fā)生什么，都會瞬間影響另一個電子的自旋。

量子隱形傳態(tài)在未來可能對安全通信具有重要作用，并且大部分研究都是考慮到網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)用。在2017年，潘建偉、Zeilinger和他們的同事利用中國的墨子號衛(wèi)星進行了世界上最長的通信實驗，跨越了7600公里，兩個光子被傳送到維也納和中國。

通過獲取有關(guān)光子狀態(tài)的信息，每個位置的研究人員都能夠有效地構(gòu)建一個不可識別的密碼，用于進行安全的視頻通話。這種技術(shù)就像一封信上的蠟封：任何竊聽都會干擾并留下可檢測的標記。

研究人員試圖傳送更復(fù)雜的粒子狀態(tài)并取得一些成功。在2015年發(fā)表的一項研究中，潘建偉和他的同事設(shè)法傳送了兩個光子態(tài)：旋轉(zhuǎn)和軌道角動量。盡管如此，這些狀態(tài)中的每一個都是二進制的，系統(tǒng)仍在使用量子比特。直到現(xiàn)在，科學(xué)家還沒有傳送任何更復(fù)雜的狀態(tài)。

經(jīng)典二進制位可以是0或1，其量子對應(yīng)物為量子位，通常被稱為0和1兩種狀態(tài)的疊加。例如，考慮一個光子，它可以表現(xiàn)出水平或垂直偏振。這樣的量子比特很容易讓研究人員構(gòu)建。經(jīng)典三分法可以是0、1或2，意味著qutrit必須體現(xiàn)所有三種狀態(tài)的疊加。這使得qutrits比qubits更難制作。

為了創(chuàng)造他們的四分法，兩個團隊都使用了光子的三分支路徑，用精心編排的激光、分束器和硼酸鋇晶體的光學(xué)系統(tǒng)表達。考慮到這種神秘安排的一種方法是著名的雙縫實驗，在那個經(jīng)典實驗中，光子同時穿過兩個狹縫，形成一個波狀干涉圖案。每個狹縫的狀態(tài)為0和1，因為光子穿過兩者，為光子添加第三個狹縫以進行遍歷，結(jié)果是一個qutrit-量子系統(tǒng)，由三個狀態(tài)的疊加定義，其中光子的路徑有效地編碼信息。

從光子中創(chuàng)造一個qutrit只是另一個研究階段的開始。兩支團隊也不得不將兩個qutrits糾纏在一起，而這絕非易事，因為光很少與自身相互作用。但是，一些研究人員不太相信這一研究結(jié)果。東京大學(xué)的物理學(xué)家Akira Furusawa說，這兩個團隊使用的方法不適合實際應(yīng)用，因為它很慢且效率低下。

研究人員承認這一缺陷，科學(xué)是一步一步地走過來的，首先，你讓不可能的事情成為可能，然后你才能努力讓它更完美。
（責任編輯：fqj）