143千米：量子传输新纪录

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143千米：量子传输新纪录

时间:2012-11-05 13:42 环球科学

维也纳大学和奥地利科学院的物理学家创造了量子态隐形传输的新纪录——143千米。该实验向基于卫星的量子通信迈出了一大步，相关研究成果已发表在《自然》上。　　

量子态隐形传输实验开拓新视野。图片来源：量子光学与量子信息研究所（IQOQI）/维也纳

    在奥地利物理学家安东•塞林格（Anton Zeilinger）的领导下，一个国际研究团队已经成功实现了量子态在拉帕尔马岛（La Palma）和特内里费岛（Tenerife，与前者均属加纳利群岛Canary Islands）之间的传输，传输距离超过143公里，打破了几个月前刚由中国研究者创下的97千米记录。

    然而破记录并不是科学家的首要目标。该实验为量子化全球信息网络的构建提供了基础，其中，相较于传统技术，量子力学效应使得信息交换更安全，某些运算的执行更高效。在未来的“量子互联网”中，量子态隐形传输将成为量子计算机间信息传输的密钥协议。

    在量子态隐形传输实验中，原则上，量子态——而非实物——可以在任意远的距离间彼此交换。即使不知道接收者的确切位置，该过程同样能够进行。这种交换同样可以用于传输信息或作为未来量子计算机的一个操作。在这些应用中，载有量子态编码信息的光子必须可靠地完成远距离传输，并保证脆弱的量子态无损。在这一实验中，奥地利物理学家已经建立起一个量子连接，适用于超过100千米的量子态隐形传输，开拓了新的视野。

    参与实验的一名科学家马晓松（音译）称：“实现远达143千米的量子态隐形传输一直是个巨大的技术挑战。”光子必须在两个岛屿间的紊流大气中传递。在这么远距离的传输实验中，光纤的信号损失过于严重，并不适用。为了达到目标，科学家实施了一系列技术创新。来自德国加兴（Garching）马克斯普朗克量子光学研究所（Max Planck Institute for Quantum Optics）的一个理论研究组和加拿大滑铁卢大学（University of Waterloo）的实验组为此提供了支持。马教授也称：“一种叫‘积极前馈’的方法是我们实验成功的重要一步，这是我们首次在远距离实验中使用这种方法。它帮助我们将传输速率提高了一倍。”在积极前馈协议中，传统数据和量子信息一起被发送，这使接收者更高效地解码传送的信号。

    “我们的实验表明，今天量子技术已日趋成熟，可以在实际应用中发挥巨大的作用。” 安东•塞林格（Anton Zeilinger）说道，“下一步就是基于卫星的量子态隐形传输，这将使量子通信在全球范围内成为可能。我们现在已经朝着这个方向迈出了重要的一步，接下来将利用我们的专业知识，与中国科学院的同僚进行一项国际合作。我们的目标是发射一颗‘量子卫星’。”

    鲁珀特•尔森（Rupert Ursin）自2002年起就与塞林格（Zeilinger）合作进行长距离量子传输实验，他补充道：“我们的最新成果展现出一幅非常鼓舞人心的图景，在未来的实验中，我们将能在地球和卫星间或两个卫星间交换信号。”近地轨道卫星通常飞行于地球表面上空200至1200千米范围内。例如，国际空间站（International Space Station）就位于高约400千米的轨道上。“在穿过大气传输的途中，有上千种因素造成信号衰减，但我们设法完成了量子态隐形传输实验。在基于卫星的实验中，传输距离会更长，但信号需要穿过的大气更少。我们已经为进行这样的实验奠定了坚实的基础。”