12月11日,英国物理学会新闻网站《物理世界》评选的2015年度国际物理学十大突破揭晓,中国科学技术大学物理学家潘建伟和陆朝阳因首次实现同时传送一个基本粒子(光子)的两个内秉属性的工作入选,并位列榜首。据悉,这是在中国本土完成的工作第一次获此殊荣。
此外,中科院物理所外尔费米子研究也位列十项重大突破榜单。往年入选《物理世界》国际物理学十大突破榜首的成果有欧洲航空局罗塞塔号探测器着陆彗星、南极观察站探测到宇宙高能中微子和欧洲核子中心发现希格斯玻色子等。
得知这一消息,《知识分子》在第一时间联系到中国科学技术大学的潘建伟教授,请他介绍这项被《物理世界》称为“壮举”的研究以及未来的应用前景。潘建伟表示,他们的工作首次证明了一个粒子所有的性质在原理上都可以通过量子纠缠传到很远的地方。对量子隐形传输来说,真正要传输一个微观粒子的状态,需要把一个微观粒子所有的性质都传过去。
1997年,潘建伟还是学生时,跟他的导师Anton Zeilinger做过一个实验,实现了基本粒子单一自由度的传输。但是,在那个实验里我们只能传输一个微观粒子的某一个性质,其他的性质都被破坏了,没办法把一个微观粒子所有的性质都从一个转移到另一个粒子上去。在这项工作中,他们首次实现了单光子多自由度的量子隐形传态。
从技术的角度来看,量子隐形传输在将来的量子计算机和量子通讯的研究中是一个非常基本的操作。无论是量子计算机还是量子通讯,主要就是一个微观粒子的信息的传输,走完就处理一下再把它送到另外一个地方。所以,量子隐形传输在量子计算机和量子信息的领域是一个很重要的技术手段。
潘建伟还提到,他们在做一个量子计算时,需要把很多的量子比特,每一个量子都可以看作一个比特,每一个量子都需要对比特之间进行一种逻辑操作,我们叫做与门(AND gate)、非门(NOT gate)、与非门(NAND gate)等。进行这个操作的时候,我们又不想把量子的状态给摧毁了,就需要做一个所谓的“未破坏的测量”。
潘建伟认为,现在谈通用量子计算还是太早了。量子计算现在主要的困难是,制备出量子纠缠之后,量子不仅可以处于0的状态,也可以处于1的状态,甚至可以处于0+1的状态,一旦游离微观客体,它可以同时处于两个状态的相干叠加的时候,周围环境的噪声就很容易对它产生影响。所以计算时要保证不出错,需要保证很好地屏蔽掉环境噪声。这个是目前量子信息研究中最难的问题。
潘建伟团队也在发展另一种替代的方法,该方法能够让团队在3年内将可操纵光子的数目提高到大约20个,“我们应该很快能够传送一个或多个光子的3个自由度”。