奧地利實(shí)現(xiàn)143公里量子遠(yuǎn)距傳輸打破中國(guó)紀(jì)錄

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)6日?qǐng)?bào)道，維也納大學(xué)和奧地利科學(xué)院的物理學(xué)家憑借143公里的成績(jī)打破量子遠(yuǎn)距傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離紀(jì)錄。這項(xiàng)成就是在朝著基于衛(wèi)星的量子通訊道路上向前邁出的重要一步。研究成果刊登在《自然》雜志上。

實(shí)驗(yàn)中，奧地利物理學(xué)家安東-澤林格領(lǐng)導(dǎo)的一支國(guó)際小組成功在加那利群島的兩個(gè)島嶼——拉帕爾瑪島和特納利夫島間實(shí)現(xiàn)量子態(tài)傳輸，距離達(dá)到143公里。此前的紀(jì)錄由中國(guó)研究人員在幾個(gè)月前創(chuàng)造，成績(jī)?yōu)?7公里。

奧地利物理學(xué)家憑借143公里的成績(jī)打破量子遠(yuǎn)距傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離紀(jì)錄

打破傳輸距離并不是科學(xué)家的首要目標(biāo)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為一個(gè)全球性信息網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，量子機(jī)械效應(yīng)能夠大幅提高信息交換的安全性，進(jìn)行確定計(jì)算的效率也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)技術(shù)。在這樣一個(gè)未來的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，量子遠(yuǎn)距傳輸將成為量子計(jì)算機(jī)之間信息傳送的一個(gè)關(guān)鍵協(xié)議。

在量子遠(yuǎn)距傳輸實(shí)驗(yàn)中，兩點(diǎn)之間的量子態(tài)交換理論上可以在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)，即使接收者的位置未知也是如此。量子態(tài)交換可以用于信息傳輸或者作為未來量子計(jì)算機(jī)的一種操作。在這些應(yīng)用中，量子態(tài)編碼的光子必須能夠傳輸相當(dāng)長(zhǎng)距離，同時(shí)不破壞脆弱的量子態(tài)。奧地利物理學(xué)家進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)讓量子遠(yuǎn)距傳輸?shù)木嚯x超過100公里，開辟了一個(gè)新疆界。

參與這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的馬小松（Xiao-song Ma，音譯）表示：“讓量子遠(yuǎn)距傳輸?shù)木嚯x達(dá)到143公里是一項(xiàng)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。”傳輸過程中，光子必須直接穿過兩座島嶼之間的湍流大氣。由于兩島之間的距離達(dá)到143公里，會(huì)嚴(yán)重削弱信號(hào)，使用光纖顯然不適合量子遠(yuǎn)距傳輸實(shí)驗(yàn)。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，科學(xué)家必須進(jìn)行一系列技術(shù)革新。德國(guó)加爾興馬克斯-普朗克量子光學(xué)研究所的一個(gè)理論組以及加拿大沃特盧大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)組為這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)提供了支持。馬小松表示：“借助于一項(xiàng)被稱之為‘主動(dòng)前饋’的技術(shù)，我們成功完成了遠(yuǎn)距傳輸，這是一項(xiàng)巨大突破。主動(dòng)前饋用于傳輸距離如此遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)還是第一次。它幫助我們將傳輸速度提高一倍?！痹谥鲃?dòng)前饋協(xié)議中，常規(guī)數(shù)據(jù)連同量子信息一同傳輸，允許接收者以更高的效率破譯傳輸?shù)男盘?hào)。

澤林格表示：“我們的實(shí)驗(yàn)展示了當(dāng)前量子技術(shù)的成熟程度以及擁有怎樣的實(shí)際用途。第一個(gè)目標(biāo)是基于衛(wèi)星的量子遠(yuǎn)距傳輸，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的量子通訊。我們?cè)谶@條道路上向前邁出了重要一步。我們將在一項(xiàng)國(guó)際合作中運(yùn)用我們掌握的技術(shù)，中國(guó)科學(xué)院的同行也會(huì)參與這項(xiàng)合作。我們的目標(biāo)是實(shí)施一項(xiàng)量子衛(wèi)星任務(wù)。”

2002年以來就與澤林格進(jìn)行量子遠(yuǎn)距傳輸實(shí)驗(yàn)的魯珀特-烏爾森指出：“我們的實(shí)驗(yàn)取得了令人鼓舞的成果，為未來地球與衛(wèi)星之間或者衛(wèi)星之間的信號(hào)傳輸實(shí)驗(yàn)奠定良好基礎(chǔ)?！碧幵诘偷厍蜍壍赖男l(wèi)星距地面200到1200公里。（國(guó)際空間站距地面大約400公里）烏爾森說：“在從拉帕爾瑪島傳輸?shù)教丶{利夫島，穿過兩島間大氣過程中，我們的信號(hào)減弱了大約1000倍。不過，我們還是成功完成了這項(xiàng)量子遠(yuǎn)距傳輸實(shí)驗(yàn)。在基于衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)中，傳輸數(shù)據(jù)更遠(yuǎn)，但信號(hào)穿過的大氣也更少。我們?yōu)檫@種實(shí)驗(yàn)奠定了一個(gè)很好的基礎(chǔ)?！?/p>