中國量子通信技術(shù)獲得突破 2

1、中國量子通信技術(shù)獲得突破 中科大-清華聯(lián)合小組的研究人員在發(fā)送端調(diào)校光學(xué)設(shè)備聽起來，這并不像是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)：位于北京八達(dá)嶺長城腳下的送信者，要向站在河北省張家口市懷來縣的收信者發(fā)出一段信息。這段距離僅有16公里，在晴朗的白天，他們彼此甚至目力可及。僅僅，這并不是一封信、手機(jī)短信或電子郵件，而是好像“時(shí)鐘指針”一樣表示著量子運(yùn)動狀態(tài)的量子態(tài)。這已經(jīng)是量子態(tài)當(dāng)前在世界上跑出的最長距離。6月1日，世界頂級科學(xué)刊物自然雜志的子刊自然光子學(xué)以封面論文的形式，刊登了這項(xiàng)成果：一個(gè)量子態(tài)在八達(dá)嶺消失后，在并沒有經(jīng)過任何載體的情況下，瞬間出現(xiàn)在了16公里以外。實(shí)驗(yàn)的名稱叫做自由空間量子隱形傳態(tài)，由中國科學(xué)技

2、術(shù)大學(xué)與清華大學(xué)組成的聯(lián)合小組完成。公里的自由空間量子信道，并取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，最終在2009年成功實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離的量子態(tài)隱形傳輸，證實(shí)了量子態(tài)隱形傳輸穿越大氣層的可行性“即使我們只傳送了16公里，但這在科學(xué)上證明了量子信息的遠(yuǎn)距離傳輸是可行的，也意味著量子信息通過衛(wèi)星實(shí)行傳遞有可能實(shí)現(xiàn)。”蔣碩說。想要給大家都講明白實(shí)在是一件痛苦的事 這確實(shí)是一個(gè)難以令人理解的研究領(lǐng)域，面對抱著巨大好奇心的公眾，研究者不禁感到苦惱，“想要給大家都講明白實(shí)在是一件痛苦的事”。早在3年前，中科大前校長朱清時(shí)院士在形容負(fù)責(zé)組建聯(lián)合小組的中科大教授潘建偉時(shí)也聲稱，潘在量子通信領(lǐng)域的工作“對于一般人來說是

3、難以理解的”，“不然會感到更強(qiáng)的震撼力”。一切還要從量子說起。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”就是光的最小單位。在奇特的量子世界里，量子存有一種奇妙的“糾纏”運(yùn)動狀態(tài)。中科大量子信息實(shí)驗(yàn)室教授彭承志愿意將一對糾纏狀態(tài)下的光子比作有著“心電感應(yīng)”的兩個(gè)粒子。再用個(gè)更貼切的比喻，糾纏光子就好像一對“心有靈犀”的骰子，甲乙兩人身處兩地，分別各拿其中一個(gè)骰子，甲隨意擲一下骰子是5點(diǎn)，與此同時(shí)，乙手中的骰子會自動翻轉(zhuǎn)到5點(diǎn)。事實(shí)上，乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握著幾點(diǎn)。因?yàn)樵谖锢韺W(xué)上，每一次對糾纏光子的測量都會破壞原有的狀態(tài)，“就像冰淇淋，你必須嘗一口才知道它的味道。但當(dāng)你嘗了一口時(shí)

4、，冰淇淋就已經(jīng)發(fā)生改變。”一個(gè)專業(yè)人士這樣解釋。所以，甲只需要通過電話、短信等渠道告訴乙，自己剛剛擲出了5點(diǎn)。乙即便不用攤開手掌，也能夠知道自己手邊這個(gè)“心電感應(yīng)”的骰子也成了5點(diǎn)。這聽起來就像一場魔術(shù)表演。僅僅，甲和乙之間傳送的僅僅類似“轉(zhuǎn)成5點(diǎn)”之類的信息，而不是實(shí)物。這是當(dāng)前量子態(tài)在自由空間中隱形傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離 這段16公里的旅程創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，這是當(dāng)前這個(gè)星球中量子態(tài)在自由空間中所能隱形傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離?！凹词瓜胍吹叫请H旅行中發(fā)送我吧這樣的場景，我們還得等上一些年，但量子態(tài)隱形傳輸這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著我們將進(jìn)入由具有不可思議的水平的量子計(jì)算機(jī)發(fā)展而帶來的新時(shí)代?！笨苹秒娪靶请H旅行至今仍

5、在科幻娛樂史上排名榜首。它講述了人類的夢想：宇航員在特殊裝置中平靜地說一句，“發(fā)送我吧，蘇格蘭人”，他就會瞬間轉(zhuǎn)移到外星球。在經(jīng)典游戲“暗黑破壞神”中，女巫角色的技能是“瞬間轉(zhuǎn)移”。只要施展這個(gè)魔法，女巫就會伴著一道閃光消失，并出現(xiàn)在任意一個(gè)想去的地方?！斑@種現(xiàn)象，與量子態(tài)隱形傳輸很類似?！币晃宦?lián)合小組成員謹(jǐn)慎地選擇著用詞。當(dāng)然，它們并不相同。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，被傳輸?shù)氖切畔⒍⒎菍?shí)物。這次中國的實(shí)驗(yàn)在技術(shù)上有了重大創(chuàng)新，光子在傳播過程中會因偏振而引起變化，聯(lián)合小組的科學(xué)家們對此實(shí)行了“正反饋”，即用簡單的光學(xué)器械控制住光子的偏振態(tài)，使這次實(shí)驗(yàn)的保真度最終達(dá)到了89。也就是說，“即使不能準(zhǔn)確無誤地

6、發(fā)送每一個(gè)碼，但信息是能夠傳送的”。“如果地點(diǎn)允許，我們本來希望能達(dá)到20公里。”聯(lián)合小組成員、清華大學(xué)物理系副研究員蔣碩覺得很遺憾。他在一間窗臺上生長著翠綠爬藤的辦公室里接受了記者的采訪。隨著高度增加，空氣也會變得更加稀薄。所以，地表10公里的空氣密度，基本相當(dāng)于從地球到外層空間幾十公里距離的空氣密度。“20公里的傳送距離，就表明光子能夠在地表與外層空間衛(wèi)星間打一個(gè)來回?！边@也就意味著量子信息能夠通過衛(wèi)星在不同地區(qū)，甚至國家間傳遞?？稍谝巴鈱?shí)驗(yàn)，狀況卻無法保證同實(shí)驗(yàn)室里一樣理想而精確。最終，因?yàn)槲恢帽憷芯空邆儗ⅰ懊孛芑亍狈謩e設(shè)在八達(dá)嶺長城腳下與河北懷來的兩家小旅館，地理距離16公里。利

7、用量子糾纏技術(shù)，需要傳輸?shù)牧孔討B(tài)如同科幻小說中描繪的“超時(shí)空穿越”，在一個(gè)地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個(gè)地方瞬間神秘出現(xiàn)。為了防御一個(gè)還未出現(xiàn)的威脅 這些站在科學(xué)領(lǐng)域最前沿的中國物理學(xué)家明白，實(shí)行量子通信研究，除了能夠?qū)崿F(xiàn)隱形傳態(tài)這種奇妙的物理現(xiàn)象以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)更重要的使命，那就是防御一種“還未出現(xiàn)的威脅”。威脅來自尚未被成功發(fā)明的量子計(jì)算機(jī)。早在上個(gè)世紀(jì)，科學(xué)家們就已經(jīng)開始設(shè)想，用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來模擬量子現(xiàn)象，從而大幅度減少運(yùn)算時(shí)間。如果將未來的量子計(jì)算機(jī)比作大學(xué)教授，今天所謂超級計(jì)算機(jī)的水平甚至還比不上剛上幼兒園的小班兒童。你能夠想象這樣一個(gè)驚人的對比：現(xiàn)在對一個(gè)5

8、00位的阿拉伯?dāng)?shù)字實(shí)行因子分解，當(dāng)前最快的超級計(jì)算機(jī)將耗時(shí)上百億年，而量子計(jì)算機(jī)卻只需大約幾分鐘?！耙坏┠膫€(gè)瘋子發(fā)明出來量子計(jì)算機(jī)，他就能夠攻破所有的密碼?！笔Y碩指出了這個(gè)可怕的威脅。事實(shí)上，現(xiàn)在通用的加密方式并非如想象般安全，它們都有破譯的方法，只不過因?yàn)楝F(xiàn)有計(jì)算機(jī)運(yùn)行水平的限制，破譯一個(gè)密鑰可能要耗費(fèi)上萬年，甚至上百萬年。如果量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，我們當(dāng)前自以為安全的一切將不堪一擊。那將是一個(gè)超級神偷，能夠偷走現(xiàn)代文明中人們賴以生存的一切銀行存款、網(wǎng)絡(luò)信息。它也充足沖破軍事或安全系統(tǒng)，調(diào)轉(zhuǎn)導(dǎo)彈的軌道，令整個(gè)國家陷入混亂與災(zāi)難。所以，沒有人敢懈怠，“這并不是一項(xiàng)杞人憂天的研究。所有的防御必須出現(xiàn)在

9、進(jìn)攻之前。”美國科學(xué)家的預(yù)言就像一個(gè)倒計(jì)時(shí)牌，“量子計(jì)算機(jī)可能將在50年之后出現(xiàn)?！彼?，“只有采用量子信息才是安全的，必須占據(jù)先機(jī)。”這樣一切“竊聽手段”將失去原有的意義。量子隱形傳輸：不等于超時(shí)空穿越 2010年06月24日 08：26 中國國家天文 【大 中 小】【打印】 共有評論27條聽起來，這并不像是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)：位于北京八達(dá)嶺長城腳下的送信者，要向站在河北省張家口市懷來縣的收信者發(fā)出一段信息。中科大清華聯(lián)合小組的研究人員在發(fā)送端調(diào)校光學(xué)設(shè)備美國國際科技信息網(wǎng)站盛贊，這個(gè)成果代表著量子通信應(yīng)用的巨大飛躍。這確實(shí)是一個(gè)難以令人理解的研究領(lǐng)域，面對抱著巨大好奇心的公眾，研究者不禁感到苦

10、惱，“想要給大家都講明白實(shí)在是一件痛苦的事”。一切還要從量子說起。量子是不可分的最小能量單位，“光量子”就是光的最小單位。事實(shí)上，乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握著幾點(diǎn)。因?yàn)樵谖锢韺W(xué)上，每一次對糾纏光子的測量都會破壞原有的狀態(tài)，“就像冰淇淋，你必須嘗一口才知道它的味道。但當(dāng)你嘗了一口時(shí)，冰淇淋就已經(jīng)發(fā)生改變?！币粋€(gè)專業(yè)人士這樣解釋。這聽起來就像一場魔術(shù)表演。僅僅，甲和乙之間傳送的僅僅類似“轉(zhuǎn)成5點(diǎn)”之類的信息，而不是實(shí)物。這段16公里的旅程創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，這是當(dāng)前這個(gè)星球中量子態(tài)在自由空間中所能隱形傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離。雖然當(dāng)時(shí)的傳輸距離僅達(dá)數(shù)米，但美國科學(xué)雜志卻將其列為該年度世界十

11、大科技進(jìn)展?？茖W(xué)雜志的評語是：“即使想要看到星際旅行中發(fā)送我吧這樣的場景，我們還得等上一些年，但量子態(tài)隱形傳輸這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著我們將進(jìn)入由具有不可思議的水平的量子計(jì)算機(jī)發(fā)展而帶來的新時(shí)代。”“這種現(xiàn)象，與量子態(tài)隱形傳輸很類似。”一位聯(lián)合小組成員謹(jǐn)慎地選擇著用詞。當(dāng)然，它們并不相同。在這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，被傳輸?shù)氖切畔⒍⒎菍?shí)物。不過接下來，發(fā)展并不算順利。直到2004年，蔡林格小組才利用多瑙河底的光纖信道，將量子隱形傳態(tài)距離提升到600米?！叭绻攸c(diǎn)允許，我們本來希望能達(dá)到20公里?！甭?lián)合小組成員、清華大學(xué)物理系副研究員蔣碩覺得很遺憾。他在一間窗臺上生長著翠綠爬藤的辦公室里接受了記者的采訪?？稍谝巴鈱?shí)

12、驗(yàn)，狀況卻無法保證同實(shí)驗(yàn)室里一樣理想而精確。最終，因?yàn)槲恢帽憷?，研究者們將“秘密基地”分別設(shè)在八達(dá)嶺長城腳下與河北懷來的兩家小旅館，地理距離16公里?！凹词刮覀冎粋魉土?6公里，但這在科學(xué)上證明了量子信息的遠(yuǎn)距離傳輸是可行的，也意味著量子信息通過衛(wèi)星實(shí)行傳遞有可能實(shí)現(xiàn)?！?蔣碩說。這些站在科學(xué)領(lǐng)域最前沿的中國物理學(xué)家明白，實(shí)行量子通信研究，除了能夠?qū)崿F(xiàn)隱形傳態(tài)這種奇妙的物理現(xiàn)象以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)更重要的使命，那就是防御一種“還未出現(xiàn)的威脅”。你能夠想象這樣一個(gè)驚人的對比：現(xiàn)在對一個(gè)500位的阿拉伯?dāng)?shù)字實(shí)行因子分解，當(dāng)前最快的超級計(jì)算機(jī)將耗時(shí)上百億年，而量子計(jì)算機(jī)卻只需大約幾分鐘。如果量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)，我們當(dāng)前自以為安全的一切將不堪一擊。那將是一個(gè)超級神偷，能夠偷走現(xiàn)代文明中人們賴以生存的一切銀行存款、網(wǎng)絡(luò)信息。它也充足沖破軍事或安全系統(tǒng)，調(diào)轉(zhuǎn)導(dǎo)彈的軌道，令整個(gè)國家陷入混亂與災(zāi)難。所以，沒有人敢懈怠，“這并不是一項(xiàng)杞人憂天的研究。所有的防御必須出現(xiàn)在進(jìn)攻之前?！泵绹茖W(xué)家的預(yù)言就像一個(gè)倒計(jì)時(shí)牌，“量子計(jì)算機(jī)可能將在50年之后出現(xiàn)。”當(dāng)然，眼下這僅僅一場看不見對手的戰(zhàn)爭?！叭绻麤]有量子計(jì)算機(jī)這支矛，量子信息這面盾就發(fā)揮不出作用?！笔Y碩說。他同時(shí)也認(rèn)為，即便技術(shù)成熟，“如果量子計(jì)算機(jī)沒有出現(xiàn)，并沒必要實(shí)行大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)換代”。顯然，能夠傳遞一組信息并不意味著已經(jīng)能夠傳遞實(shí)物?！拔覀儗κ?/p>