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量子通信

中科大首次实现无实物粒子交换的量子通信

来源:安徽日报    作者:admin    时间:2017-05-25

    以日常生活的经验,任何信息的传输都需要通过实物载体,如信件、电磁波等。然而,通信双方没有实物粒子的交换,也可以实现信息的传递。记者5月24日从中科大获悉,该校潘建伟教授及其同事彭承志、陈宇翱等与清华大学马雄峰合作,在国际上首次通过实验实现没有实物粒子交换的量子通信,并演示了图像的传输。
    2013年,国际著名量子光学专家M.Suhail Zubairy小组提出一个与人们日常生活中形成的直观认识相悖的“反事实直接量子通信”方案,即在通信双方(假定为Bob和Alice)没有实物粒子的交换,也可以实现信息的传递。反事实直接量子通信,本质上是光的“波粒二象性”的集中体现。具体到反事实直接量子通信的物理实现,最核心的结构是嵌套和串联的干涉仪。 Bob根据所需要传输的信息来编码,通过嵌套的量子芝诺效应,则Alice即可利用类似于“无相互作用测量”的方式完整地获知所传输的信息,并且在这个过程中没有任何光子在通信双方之间传输。
    潘建伟团队通过对原始方案的仔细分析和改进,使得反事实直接量子通信得以实现。一方面,通过使用单光子源,在较少的干涉仪数目下也可以得到完全的反事实性;另一方面,用被动筛选光子到达时间的策略替代原方案中的高速主动光开关等。研究团队使用先进的相位稳定技术,首次实现了复杂的嵌套、级联的单光子干涉仪等技术突破,并成功传输了一张100×100像素的中国结图片,传输正确率达到了87%。潘建伟表示,这项工作是量子通信领域的全新尝试,“反事实直接量子通信”方案还可以进一步发展,用于无相互作用成像等领域。
    相关成果发表在国际权威学术期刊《美国科学院院报》上。审稿人评论认为“这是一个将量子芝诺效应用于通信的新奇实现”。
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    量子芝诺效应
    提到量子芝诺效应,就要从古希腊著名的哲学家和数学家芝诺说起。他一生中提出过许多关于运动不可分性的哲学悖论,其中最为著名的一个便是“飞矢不动”悖论。这个悖论是说,一支在空中飞行的箭,其实是不动的。因为箭在每一个瞬间的时刻都应该是静置的,那么无数个静置的组合还应该是静置。这个结论在经典世界里显然不成立,是逻辑上的悖论。芝诺的这个悖论在经典力学框架里似乎是荒谬的,但在量子力学里,则是可能的。为了纪念这位古希腊哲学家,在微观量子体系中,物理学家把该效应称为“量子芝诺效应”。
    有一个很形象但并不完全准确的例子来比喻“量子芝诺效应”:一个人准备睡觉,如果旁边另一个人不断询问其是否睡着了,那么可以想象,准备睡觉的人便总也睡不着了。这其实是在形容如果一个物理系统被连续不断的观测,那么它将不再继续演化。

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