量子隐形传态刚刚走出实验室进入现实世界,两个独立的科学家团队成功地通过加拿大卡尔加里和中国合肥的几公里光纤网络发送量子信息。
实验表明,量子隐形传态不仅非常真实,而且也是一种可行的技术,有一天可以帮助我们建立跨越城市甚至跨大陆的不可破解的量子通信系统。
量子隐形传态依赖于一种称为“量子隐形传态”的奇怪现象量子纠缠。 基本上,量子意味着两个粒子有着千丝万缕的联系,因此测量一个粒子的状态会立即影响另一个粒子的状态,无论两个粒子相距多远——这导致爱因斯坦将纠缠称为“远处的怪异动作”。
利用这一特性,量子隐形传态允许一个粒子的量子态转移到其伙伴,无论两者之间的距离如何,并且它们之间没有任何物理传递。
这不像你在科幻节目中看到的传送星际迷航- 只有信息可以通过量子隐形传态发送,而不是人。
什么是不过,这是创建一种不可破解的、完全加密的通信形式的好方法——想象一下,接收到的信息只有在知道纠缠粒子的状态后才能解释。
在最新的实验中,两者都发表在自然光子学(这里和这里), 两队的设置和结果略有不同。 但它们的共同点是它们通过现有光纤网络传送信息——如果我们想要构建可用的量子通信系统,这一点很重要。
事实上,量子隐形传态已经实现了更远的距离过去——2012年,奥地利研究人员通过传送信息创造了记录使用激光跨越 143 公里的太空,但该技术对于实际网络来说不如光纤那么有用。
为了理解实验,阿尼尔·阿南萨斯瓦米 (Anil Ananthaswamy)新科学家很好地把它分解成这样:想象一下涉及到的三个人——爱丽丝、鲍勃和查理。
爱丽丝和鲍勃想要共享加密密钥,为此,他们需要查理的帮助。 爱丽丝向查理发送一个粒子,而鲍勃纠缠两个粒子并仅将其中一个发送给查理。
然后查理测量了他从每个粒子那里收到的两个粒子,这样它们就不能再被区分——这导致爱丽丝粒子的量子态转移到鲍勃的纠缠粒子上。
所以基本上,爱丽丝粒子的量子态最终通过查理形式的中转站到达鲍勃的粒子。
加拿大的实验遵循了同样的过程,并且能够通过卡尔加里不经常使用的 6.2 公里光纤网络发送量子信息。
“查理和鲍勃之间的距离才是最重要的距离,”加拿大实验的首席研究员、阿尔伯塔省卡尔加里大学的沃尔夫冈·蒂特尔说,告诉新科学家。“我们已经证明,这可以在超过 6.2 公里的城市光纤网络中正常运行。”
中国研究人员能够将他们的隐形传态进一步延伸到 12.5 公里的区域,但他们的设置略有不同。 中间的查理创造了纠缠粒子,并将其中一个发送给鲍勃,而不是相反。
这导致了更多准确沟通,并且最适合量子网络,其中中央(查理)与城市周围的许多爱丽丝和鲍勃进行交流。 但卡尔加里模型可以传播更远的距离,因为鲍勃可以像量子中继器一样工作,将信息发送得越来越远。
这两个实验的缺点是它们无法发送太多信息。 卡尔加里的实验是最快的,只发送了每分钟 17 个光子。
虽然许多人认为量子隐形传态会带来更快的通信速度,但实际上,解密纠缠粒子的量子态需要一个密钥,而该密钥需要通过常规的、缓慢的通信来发送 - 因此量子隐形传态实际上不会更快比我们现有的互联网更安全。
但事实上,两个团队都能够利用现有的电信基础设施来实现如此远距离的隐形传态,这是一件了不起的事情,而且目前还没有做到这一点实验室外前。
在我们可以在日常生活中使用它之前,我们还需要进行更多的调整和调查,但我们肯定已经离这个目标越来越近了。