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中国科学技术大学首次实现“反事实直接量子通信”
发布日期:[2017-05-25 00:07]

  以日常生产的经验,任何信息的传输都须要经由过程什物载体,如翰札、电磁波等。然而,正在2013年,海内驰誉量子光学专家M. Suhail Zubairy年夜组却提出一个与人们日常生产中组成的直不雅观意识相悖的“反事实直截量子通讯”方案,即正在通讯单方(若何为Bob以及Alice)之间不什物粒子的调换,也能够完成信息的传送。日前,中国迷信技巧小学潘建伟传授及其共事彭承志、陈宇翱等以及清华小学马雄峰协作,正在海内上初度施行完成了反事实直截量子通讯,正在施行中演示了图象的反事实传输。相关效果揭橥正在海内权势巨子学术期刊《美国迷信院院报》上。

  反事实直截量子通讯,本性上是光的“波粒二象性”的集中体现。该方案末了的灵感来自于1993年提出的“炸弹测试模子”。如图1所示,MZ干与仪有两个出口记为A以及B,两个入口记为C以及D,有上下两臂。若何下臂中可能具有一个极度敏感的炸弹,尽量只需一个光子碰见它,也会被其吸引并激起爆炸。为了探测炸弹能否具有,可以从A端向干与仪中发射一个光子。若何炸弹没有具有,因为干与,光子将必然从端口C来到;若何炸弹具有,则光子要末经由过程下臂被炸弹吸引,要末经由过程上臂,并以类似的几率从端口C或者D来到。是以,若何终极正在端口D探测到一个光子,那末炸弹必然具有于干与仪中且必然不光子经由过程炸弹,然而咱们却取得了炸弹具有的信息。这正在开初被称为“无彼此作用丈量”。正在此根蒂上,再运用量子芝诺效应,可以小小晋升上述无彼此作用丈量的顺遂率。

  

图 1无彼此作用丈量透露表现图

  详细到反事实直截量子通讯的物理完成,最中心的组织是嵌套以及勾结的干与仪。Bob依照所须要传输的信息来编码,经由过程嵌套的量子芝诺效应,则Alice便可运用相同于“无彼此作用丈量”的体式格局完整地获知所传输的信息,而且正在这个进程中不任何光子正在通讯单方之间传输。

  末了提出“反事实直截量子通讯”方案的Zubairy 等人的原始方案要求有没有穷多个干与仪,这显然是不成能完成的。潘建伟团队经由过程对于原始方案的子细说明以及改良,使患上反事实直截量子通讯患上以完成。一方面,经由过程运用单光子源,正在较少的干与仪数量下也能够取得彻底的反事实性;另外一方面,用被动挑选光子达到光阴的战略替代原方案中的高速自发光开关等。整个施行配置如图2所示。

  图 2 施行配置

  研讨团队运用进步前辈的相位不乱技巧,初度完成了简朴的嵌套以及勾结的单光子干与仪等技巧打破,并顺遂传输了一张 100×100 像素的中国结图片,传输正确率抵达了 87%,如图3所示。该方案还可以进一步生长,用于无彼此作用成像等范围。

  图 3 100×100 像素中国结图片的传输效果

  这项任务是量子通讯范围的全新测验考试。自末了的理论任务提出以来,正在对于其外延机理的注释方面引起了学术界没有年夜的争论。然而恰是如许的争论,推进了人们对于其本性的试探,使患上人们无机会更深切天文解量子力学。该任务被《美国迷信院院报》的审稿人评论为 "是一个将量子芝诺效运用于通讯的新颖完成 (a novel realization of an application of the quantum Zeno effect to co妹妹unication)" 和 "极度幽默且实时 (very interesting and timely)"。该任务遭到了英国物理学会网站Physics World、《迷信美国人》、物理学家构造网(Phys.Org.)等海内权势巨子媒体的专题报导。

  上述研讨取得了国度天然迷信基金、科技部、教育部以及中国迷信院的支撑。

  拓展阅读:量子芝诺效应

  提到量子芝诺效应就要从古希腊驰誉的哲学家以及数学家芝诺(Zeno)提及。他终生一生没世中提出过良多关于举止的不成分性的哲学悖论,个中最为驰誉的一个就是“飞矢没有动”悖论。这个悖论是说,一支正在地面遨游飞翔的箭,实际上是没有动的。由于箭正在每个瞬时的时刻都应该是静置的,那末有数个静置的组合还应该是静置。这个论断正在经典世界里显然是不行立的,是逻辑上的悖论。芝诺的这个悖论正在经典力学框架里犹如是荒谬的,但正在量子力学里,它是可能的。为了留念这位古希腊哲学家,正在宏观量子系统中,咱们把该效应称为“量子芝诺效应”。有一个很抽象但其实不彻底准确的例子来譬喻“量子芝诺效应”:一小我筹备睡觉,若何左右另外一小我接续讯问其能否睡着了,那末可以想象,筹备睡觉的人便总也睡没有着了。这实际上是正在形容若何一个物理体系被继续接续的不雅观测,那末它将再也不连续演变。

 


 
 
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