雖然在此研究中所描述的方法將不會(huì)取代城市地鐵或巴士的轉(zhuǎn)運(yùn)站，但它可以幫助找到破解電信網(wǎng)絡(luò)的黑客的證據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)“量子互聯(lián)網(wǎng)”，對(duì)實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)互聯(lián)有很大幫助。
從宇宙中的一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)之間進(jìn)行遠(yuǎn)端傳送一個(gè)對(duì)象，而沒(méi)有空間的移動(dòng)，可能聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)，但是從1998年開(kāi)始量子物理學(xué)家就其實(shí)一直嘗試用量子隱形傳態(tài)。目前這種量子隱形傳態(tài)的距離記錄是2012年宣布的約89英里（143公里），是在非洲西北海岸的海面上加那利群島的拉帕爾馬和特內(nèi)里費(fèi)兩個(gè)島之間實(shí)現(xiàn)的。
幽靈般的特性
量子隱形傳態(tài)是量子物理的奇異性質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)宇宙的基本構(gòu)建塊，如亞原子粒子，可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)或更多的地方存在。具體地說(shuō)，量子隱形傳態(tài)取決于一個(gè)被稱(chēng)為“量子糾纏”的奇怪現(xiàn)象，其中的物體可以在瞬間相互聯(lián)系和相互影響，不管它們相距多遠(yuǎn)。
目前，研究人員不能傳送物質(zhì)（比如人）跨越空間，但他們可以利用量子隱形傳態(tài)從一個(gè)地方到另一個(gè)地方進(jìn)行發(fā)送信息。例如，一個(gè)電子的量子隱形傳態(tài)，首先會(huì)涉及糾纏電子對(duì)。接下來(lái)，一對(duì)電子中的一個(gè)會(huì)停在一個(gè)地方，而另一個(gè)電子會(huì)在物理意義上傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，而不管這個(gè)距離有多遠(yuǎn)。
然后，對(duì)被傳輸電子的基本細(xì)節(jié)或 “量子態(tài)”進(jìn)行分析，這一行為也會(huì)破壞了其量子態(tài)。最后，該數(shù)據(jù)被發(fā)送到目的地，它可以用于其他的電子上，并重新創(chuàng)建第一個(gè)電子，所以，它和之前的那個(gè)電子是不能區(qū)別的。對(duì)于所有意圖和目的，都會(huì)通過(guò)電子進(jìn)行了傳送。（因?yàn)閿?shù)據(jù)是使用普通的信號(hào)，如光脈沖或電子，量子隱形傳態(tài)不會(huì)比光速更快。）
現(xiàn)在，有兩個(gè)研究小組已經(jīng)獨(dú)立報(bào)告了數(shù)英里距離光纖網(wǎng)絡(luò)中的量子隱形傳態(tài)，分別是在中國(guó)合肥和加拿大阿爾伯塔的卡爾加里?？茖W(xué)家們發(fā)表在9月的《自然光子》雜志上的兩篇獨(dú)立的研究論文分別進(jìn)行了研究細(xì)節(jié)的論述。
未來(lái)科技
量子隱形傳態(tài)是許多潛在的未來(lái)技術(shù)的關(guān)鍵。例如，量子密碼術(shù)可以使用量子隱形傳態(tài)的方式安全地在兩個(gè)點(diǎn)之間進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，并可以自動(dòng)檢測(cè)任何入侵。此外，人們可以使用量子隱形傳態(tài)在一個(gè)“量子互聯(lián)網(wǎng)”上與量子計(jì)算機(jī)共享數(shù)據(jù)，并且之前的研究建議就像是宇宙中的原子一樣可以在一個(gè)瞬間運(yùn)行更多的計(jì)算。
“在未來(lái)，如果你有一個(gè)量子計(jì)算機(jī)，如果用戶(hù)想使用它，他們可以發(fā)送數(shù)據(jù)到量子計(jì)算機(jī)并得到相應(yīng)的結(jié)果，就像現(xiàn)代的云計(jì)算，”張強(qiáng)說(shuō)，他是合肥中國(guó)科技大學(xué)的量子工程師，且是該研究論文的共同高級(jí)作者。
兩個(gè)量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)涉及通信距離達(dá)7.7英里（12.5公里）之間的三個(gè)不同的位置，以模仿未來(lái)的量子網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。在之前的相似的這種三點(diǎn)距離的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，其距離是小于0.6英里（1公里）的。
以前的實(shí)驗(yàn)涉及三個(gè)實(shí)驗(yàn)室并設(shè)置使用可見(jiàn)光脈沖，它不能在光纖內(nèi)傳輸很遠(yuǎn)的距離。相比之下，新的研究采用了在日常的電信網(wǎng)絡(luò)中所使用的紅外光進(jìn)行，它可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。他們還使用了在每個(gè)城市中的預(yù)先存在的光纖網(wǎng)絡(luò)。
長(zhǎng)距離量子隱形傳態(tài)涉及激光光束的同步技術(shù)，直到他們?cè)趩蝹€(gè)光子水平才能夠彼此分辨，即使光纖鋪設(shè)在不斷變化的幾英里距離的環(huán)境中。這兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都受益于最近的單光子探測(cè)器的改進(jìn)，研究人員說(shuō)。
“我們很自豪，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中觀察到的結(jié)果并沒(méi)有比在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中觀察到的下降多少，”孫啟超說(shuō)，他是中國(guó)科技大學(xué)的量子工程師并且是該研究論文的主要作者。“這意味著我們的系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗噪聲能力，在現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生這種噪聲。”
相比中國(guó)科技大學(xué)的約兩個(gè)光子每小時(shí)，卡爾加里實(shí)驗(yàn)有一個(gè)更快的傳輸速率約17光子每分鐘（或每小時(shí)1020）。然而，卡爾加里的研究人員實(shí)現(xiàn)這種傳輸速度所設(shè)置的程序限制了它的直接在實(shí)際中的應(yīng)用，F(xiàn)rédéric Grosshans是位于法國(guó)巴黎南大學(xué)的量子信息的研究者，在評(píng)論雙方的研究中時(shí)說(shuō)。
這兩個(gè)研究小組還采用了多種方法來(lái)保持激光器的同步。每一組使用不同的技術(shù)，這意味著可以將其要素整合，實(shí)現(xiàn)更好的效果，Grosshans在他的評(píng)論中寫(xiě)到。
一個(gè)未來(lái)的研究方向?qū)⑹菙U(kuò)展量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò)“到100公里[ 60英里]的距離尺度，這將實(shí)現(xiàn)城際量子隱形傳態(tài)，”孫說(shuō)。這將涉及要提高探測(cè)器的效率和抑制干擾源，孫補(bǔ)充說(shuō)。
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