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量子隐形传态和量子态的“瞬间传输”

更新时间:2023-11-26 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

较真要点(赶时间?只看要点就够了):WBQ物理好资源网(原物理ok网)

1、虽然悬疑连续剧中人的“瞬间传输”还是个梦,但中国科学技术学院潘建伟团队早已实现了地面与量子卫星“墨子号”之间量子态的“瞬间传输”——量子隐型传态。不过,好多不专业的科普文章将量子隐型传态描述为悬疑片中可以超光速传递信息的手段,但是它并不存在这一能力。另外,量子隐型传态传递的并不是物质本身,光子并没有千里迢迢地挪到另一处。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

2、潘建伟团队还实现了地星之间的“量子秘钥分发”。量子秘钥分发是一种理论上绝对安全、不可被监听的加密方式。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

3、新闻中提及的量子卫星“墨子号”,并不是指卫星处于量子状态,而是指这颗科学卫星的主要任务是与地面协同完成量子领域里的科学研究。除此之外,“墨子号”卫星与其他卫星在结构上并无区别。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

4、量子隐型传态和量子秘钥分发是未来构建大规模全球化量子网路的关键环节。量子网路可以用于实现量子通讯(愈发安全可靠)和分布式量子估算(估算能力更强)。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

核实者:赵琦|复旦学院交叉信息大学博士生WBQ物理好资源网(原物理ok网)

在量子科学实验卫星“墨子号”升空一年后,中国科学技术学院潘建伟院士率领的团队联合其他多家国内重要科研机构在国际上首次实现了地面与“墨子号”卫星之间的量子秘钥分发和量子隐型传态,其相关结果发表在国际权威刊物《自然》(《》)上。在此之前,“墨子”卫星实现了量子纠缠分发和贝尔不方程遵守的验证,这一壮举发表在另一国际权威刊物《科学》(《》)上。在这儿我们将针对其中的一些相关概念以及常见误区进行简略介绍。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

量子卫星“墨子号”和其他卫星有哪些不同?WBQ物理好资源网(原物理ok网)

量子隐态传输_量子隐态传输可以传输物体吗_量子隐态传输物理实验WBQ物理好资源网(原物理ok网)

可能好多人对量子卫星会形成误会,这儿所说的量子卫星并不是指卫星处于量子状态,而是指这颗科学卫星的主要任务是借助其携带的能发射量子态的装置,与地面的量子通讯,协同完成量子领域的科学研究。除此之外,“墨子号”卫星与其他卫星在结构上并无区别。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

“墨子号”此次主要有三个科学实验任务:1、量子纠缠分发以及贝尔不方程的验证;2、量子秘钥分发;3、量子隐型传态。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

成果一:实现千公里级“量子隐型传态”。可以理解为量子态的“瞬时传输”,但并非悬疑片中可以超光速传递信息的手段WBQ物理好资源网(原物理ok网)

量子隐型传态就是借助量子纠缠将一个未知的量子态只通过精典信道传送到另一个遥远的地点。“量子纠缠”是量子热学中反直觉的现象之一,浅显来讲,就是两个相隔很远的粒子,她们拥有某种“神奇的默契”,可以在没有任何通信的情况下呈现出一致的状态。倘若其中一个量子的状态发生改变,另一个量子的状态也会瞬时发生相应改变。“量子纠缠”曾被爱因斯坦评价“鬼魅的超距作用”。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

潘建伟团队实现量子隐型传态的大约过程如下:假定有1,2,3个光子,2和3是纠缠光子对(拥有某种“神奇的默契”),1是想要传输的量子态量子隐态传输,1、2在地面站,3分发给“墨子号”卫星。通过对1、2共同进行检测,并将结果发送给卫星,3按照收到的检测结果经过处理后会变成1最开始的样子。也就是说一个与光子1状态几乎一模一样的光子,出现在了卫星上。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

影片《星际迷航》经典对白:Beammeup,(把我传送到飞船上)WBQ物理好资源网(原物理ok网)

注意,量子隐型传态传递的并不是物质本身,光子并没有千里迢迢地挪到另一处。相反它是借助一端的信息在另一个很远的地方将原本的量子态塑造下来,而原本的量子态会由于检测受到破坏量子隐态传输,因而它与量子不可克隆原理并不矛盾。须要注意的是好多并不专业的科普文章将量子隐型传态描述为悬疑片中可以超光速传递信息的手段。但是事实上,它并不存在这一能力,如果千里之外的某人想要将她手中的量子态传递给我,我须要通过电话,互联网等精典信道接受到她的信息后,经过相应的后处理我们手中的量子态就会坍缩成想要传递的目标态。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

成果二:实现千公里级量子秘钥分发,量子秘钥分发是一种理论上绝对安全、不可被监听的加密方式WBQ物理好资源网(原物理ok网)

在地面上的量子秘钥分发系统早已可以达到百公里量级,而这次的地星量子秘钥分发最远通讯距离可以达到1200公里。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

量子秘钥分发是一种基于量子热学原理可以提供无条件安全秘钥共享的方式。通讯的用户们在拥有安全且相同的秘钥后再对自己的信息进行一次一密(one-timepad),进而实现安全通讯。须要注意的是因为信道的耗损,量子秘钥分发的是秘钥而不是信息本身。通常在量子秘钥分发中,秘钥被编码在处于叠加态的化学系统中,比如单光子。信道中的监听者因为不可克隆原理难以直接复制量子态,想要获取秘钥的信息不可防止地会对系统导致扰动,这一扰动会被通讯双方发现因而安全性得到的保证。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

所以相比于传统通讯,量子通信愈发安全可靠。用户之间可以通过量子网路完成量子秘钥分发,使用秘钥对通讯进行加密。量子通信的安全性不再依赖算法的复杂性,而是基于量子热学的基本原理,如量子不可克隆原理,海森堡不确定性理论。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

量子隐型传态和量子秘钥分发是未来构建大规模全球化量子网路的关键环节WBQ物理好资源网(原物理ok网)

在“墨子号”之前,量子隐型传态的相关实验技术经过了多年发展。并且因为光纤的耗损,最远的传输距离只能达到100公里量级。而“墨子号”的这次实验完成了1400公里距离的量子隐型传态。与地面上使用光纤的这一传统传输方法不同,“墨子号”与地面的通讯中大部份的信道是真空组成,光在真空中不会形成耗损,这大大提升了传输距离。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

长距离的量子隐型传态被觉得是构建大规模全球化的量子网路的重要环节。量子网路可以用于实现量子通讯(愈发安全可靠)和分布式量子估算(估算能力更强)。所以“墨子号”的成功只是一个开始,未来都会有更多兴奋人心的成果等着我们。WBQ物理好资源网(原物理ok网)

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