科學(xué)家首次用量子隱形傳態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)量子三元通信

請(qǐng)和我們共同慶祝量子物理學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)新成就：科學(xué)家能夠“傳送”一條qutrit，即同時(shí)具有三種狀態(tài)的量子信息，為量子計(jì)算和通信開辟了一系列新的可能性。

在那之前，量子隱形傳態(tài)只能通過量子位（qubits）實(shí)現(xiàn)，盡管其可傳輸?shù)木嚯x之遙遠(yuǎn)令人印象深刻。這項(xiàng)概念驗(yàn)證性研究表明，未來的量子網(wǎng)絡(luò)能夠攜帶比我們想象的更多的數(shù)據(jù)，干擾也會(huì)更少。

如果你對(duì)qutrits知之甚少，那我們先退后一步。簡(jiǎn)而言之，我們?cè)诮?jīng)典計(jì)算中稱為位（bit）的小數(shù)據(jù)單元可能處于0或1這兩種狀態(tài)之一，但在量子計(jì)算中，我們有量子位（qubit），它可以同時(shí)是0和1（即疊加態(tài)）。

而現(xiàn)在，qutrit和trit之間也存在著相同的關(guān)系，可以將疊加態(tài)添加到0、1、2的經(jīng)典狀態(tài)中。一個(gè)qutrit可以同時(shí)完成所有這些功能，因此在（例如）計(jì)算機(jī)處理能力或可同時(shí)發(fā)送的信息量方面，它又向前跨越了一大步。

對(duì)于量子計(jì)算的研究人員來說，它的復(fù)雜性也提高了。

既然我們已經(jīng)知道了qutrits，那么什么是量子隱形傳態(tài)呢？

它通過一個(gè)叫做“量子糾纏”的現(xiàn)象，從一個(gè)地方獲取到另一個(gè)地方的量子信息，即愛因斯坦所說的“幽靈般的遠(yuǎn)距效應(yīng)”。

這就是兩個(gè)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(yuǎn)，其中一個(gè)粒子都能反映出另一個(gè)粒子的特性。

這不是科幻意義上真正的瞬間移動(dòng)，而是根據(jù)一個(gè)地方的數(shù)據(jù)從另一個(gè)地方獲取即時(shí)數(shù)據(jù)，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(gè)用途是用來創(chuàng)建不會(huì)受到物理干擾的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（因?yàn)槿魏胃蓴_都會(huì)破壞信息本身）。

通過仔細(xì)校準(zhǔn)激光、分束器和硼酸鋇晶體，將光子的路徑分割成三個(gè)非常接近的部分，研究人員創(chuàng)建出了量子三元，并產(chǎn)生了糾纏狀態(tài)。

在對(duì)12種狀態(tài)或糾纏度的測(cè)量中，系統(tǒng)產(chǎn)生的保真度為0.75—;—;即其中的四分之三是準(zhǔn)確的結(jié)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(tài)是有可能的。

有許多科學(xué)家都專注于量子傳送領(lǐng)域的研究，無論哪組科學(xué)家能夠真正宣稱已經(jīng)首先達(dá)到這種新的傳送水平，這在量子通信領(lǐng)域都是一個(gè)重要的時(shí)刻—;—;即使其實(shí)際應(yīng)用目前還是有限的。

該團(tuán)隊(duì)還表示，他們將來會(huì)升級(jí)他們的系統(tǒng)，甚至可能達(dá)到令人眼花繚亂的四態(tài)粒子（ququarts，即在qutrits的基礎(chǔ)上加入額外的位）。

研究人員在論文中寫道：“結(jié)合以往兩態(tài)粒子復(fù)合狀態(tài)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(gè)完整的工具箱。”

“我們預(yù)計(jì)，我們的結(jié)果將為高維的量子技術(shù)應(yīng)用鋪平道路，因?yàn)閭魉驮诹孔又欣^器和量子網(wǎng)絡(luò)中起著核心的作用。”