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陈根:量子网络,又获新突破

文|陈根

       提到“瞬间传输”,很多人脑子里都会浮现起《星际迷航》。该电影能够让人(和其他东西)非物质化,并将其以粒子形式传送到另一个地点,然后在那里将他们完整地重组起来。虽然目前的科技离瞬间传输人类还有一定距离,但是科学家们创造了一套“量子隐形传态”的数据传输方法。

       这种被称为“量子隐形传态”(quantum teleportation)的技术,是在不改变一个粒子(如一个光子)位置的情况下,把其上面的特定信息在另一个粒子上重建起来,中间无需具体的传送物质,就像是魔术里面的“大变活人”。

      这种隐形传态需要通过量子纠缠来实现——两个粒子纠缠在一起,进行远距离“交流”。而无论两个粒子之间的距离有多远,改变其中一个粒子的性质,另一个粒子也会立即发生改变。从而,信息在它们之间发生了传递。

       在新研究中,荷兰代尔夫特理工大学的研究团队利用量子的纠缠特性,尝试在三个节点之间传送数据(此前只能在两点之间),实现了不通过导电铜缆或光纤等介质的情况下传输数据。

       该研究团队一共开发了三套这样的系统,分别命名为 Alice、Bob 和 Charlie。实验中,他们先向 Alice 和 Bob 发送了单个光子(光粒子)以“纠缠”属于它们的两个都被赋予了相同自旋的电子。

       随后,科学家们将电子状态转移到 Bob 合成钻石内的碳核中,通过释放 Bob 的电子实现与 Charlie 的纠缠,这样就能够得到 Alice、Bob 和 Charlie 两两纠缠到一起,从而解决无法在两个非相邻节点间实现量子数据的传态难题。

       值得一提的是,科学家们使用了氮空位系统(Nitrogen Vacancy System),以通过合成钻石中的一个很小空间来捕获电子。虽然该实验的量子比特传态仅在约 60 英尺的距离内开展,但科学家们希望未来可以拓展到数英里的范围,构建出一套高度安全、可靠的新型量子系统。

       目前,该研究发表在《自然》杂志上。未来,在安全通信、量子计算、下一代互联网开发方面,其具有重要价值。

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