物理世界十大突破

作者: 胡乐乐

来源: 物理世界

发布日期: 2015-12-12 08:02:53

英国《物理世界》公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破,中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等以"多自由度量子隐形传态"的研究成果荣登榜首。

12月11日,英国物理学会 (Institute of Physics) 旗下期刊《物理世界》(Physics World) 公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破 (Breakthrough of the Year)。中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等以"多自由度量子隐形传态"的研究成果荣登榜首。中科院物理所研究员方忠、翁红明以凭借外尔费米子的先驱性研究入选第三位。

英国《物理世界》2015年十大突破揭晓,中国科技大学教授潘建伟和陆朝阳因首次实现双量子隐形传态荣获榜首。另九项成就覆盖面较广,从天文学到医学物理学皆有涉及。同电影《星际迷航》中的虚构世界一样,“瞬间移动”的念头无论对于科学家还是大众也有着同样的魔力。1993年,现实研究终于追赶上科幻概念,一个国际物理学团队从理论上证明了只要被复制的原始态被摧毁,量子态传输是完全可能的。

成功传输量子需要精确系统测量,远距离信息传输以及重建一个原始态的完美复制。由于“量子态不可克隆”定理的存在,完美复制量子态是无法实现的,这就需要彻底的粒子传输,也就是说第一个粒子将失去其本来状态。换句话讲,一次成功而完美的传送意味着第一个粒子彻底失去其被转送走的属性。单一自由度量子隐形传态实验于1997年首次实现。自那以后,量子自旋的全部独立状态,以及光场和其他单元都已实现成功传送。

但是所有这些实验都仅限于单属性传输,以至于哪怕提升至双属性传输都会被视为盖世功勋。

潘和陆的研究团队目前已经实现了将一个量子的自旋 (偏振) 和轨道角动量 (OAM) 同时传输给一定距离以外的另一个量子。传送实验通常需要一个“量子通道”,这实际上是额外的一组“纠缠的”量子——它们的状态彼此相连无法摆脱,所以任何施加给其中一个量子的变化都会即刻影响另一个。在这个实验中,采用了一组“超纠缠”量子,即两个粒子的自旋和轨道角动量是同步纠缠的。

尽管通过扩展潘的方法来传输两个以上的属性是有可能的,但每个属性的增加都将带来巨大的困难——极限可能是三个属性。要完成这一点将需要在实验中有能力控制10个量子,不过目前的纪录是8个。研究组正在努力攻克这一难关,正如潘所说:“希望在几个月内可以实现10个量子的纠缠。”另一个替代方法也已经开发出来,并且可以在三年内帮助研究组把这一数字翻番到20个量子。

“届时我们应该有能力实现三自由度量子隐形传态或者多量子传输”,潘补充道。

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