量子態隱形傳輸

量子態隱形傳輸（liàng zǐ tài yǐn xíng chuán shū）就是指利用“量子糾纏”技術，藉助衛星網路、光纖網路等經典信道，傳輸量子態攜帶的量子信息。量子態隱形傳輸是一種全新的通信方式，它傳輸的不再是經典信息而是量子態攜帶的量子信息，是未來量子通信網路的核心要素。利用量子糾纏技術，需要傳輸的量子態如同科幻小說中描繪的“逾時空穿越”，在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現。

基本介紹

• 中文名：量子態隱形傳輸
• 利用技術：量子糾纏
• 藉助：衛星網路、光纖網路等
• 傳輸：量子態攜帶的量子信息

發展

1997年奧地利蔡林格小組在室內首次完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證，2004年該小組利用多瑙河底光纖信道，成功地將量子態隱形傳輸距離提高到600米。

2004年開始，中國科學技術大學的潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間信道中實現更遠距離的量子通信。在自由空間信道中，光子傳輸幾乎不存在退相干效應，而一旦穿透大氣層進入到外層空間，光子的損耗更是接近於零，這使得自由空間信道相比光纖信道在大尺度上具有特別的優勢。該小組於2005年在合肥創造了13公里的雙向量子糾纏分發世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子對的可行性。

2007年開始，中國科學技術大學-清華大學聯合研究小組開始在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，並取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子隱形傳態，證實了量子隱形傳態過程穿越大氣層的可行性，為未來基於衛星量子中繼的全球化量子通信網奠定了可靠基礎。除此之外，聯合小組還在該研究平台上針對未來空間量子通信需求開展了誘騙態量子密鑰分發等多個方向的研究，取得了豐富的成果。

2012年8月，中國科學家潘建偉等人在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，為發射全球首顆“量子通訊衛星”奠定技術基礎。“在高損耗的地面成功傳輸100公里，意味著在低損耗的太空傳輸距離將能達到1000公里以上，基本上解決了量子通訊衛星的遠距離信息傳輸問題。

2012年9月，維也納大學和奧地利科學院的物理學家實現了量子態隱形傳態最遠距離——143公里，創造了新的世界紀錄。

2016年8月16日，中國率先在酒泉衛星發射中心成功發射我國自主研發的世界首顆量子通訊衛星——“墨子號”，這標誌著我國在量子通信技術方面躋身世界前列，並且標誌了人類在量子通信方面邁出的重要一步。

相關進展

國外成果

據國外媒體報導，歐洲空間局位於加那利群島的光學觀測站創造了一項新的世界紀錄，實現了跨越143公里的量子態隱形傳輸。來自奧地利、加拿大、德國以及挪威的研究人員將一個光子的物理特性通過量子態隱形傳輸傳送往另一處的一個粒子，實現了位於拉帕爾馬卡普坦望遠鏡與歐洲空間局特內里費島光學觀測站之間143公里的“隱形傳輸”。

歐洲空間局兩處相距143公里的觀測站之間實現了量子態隱形傳輸

該項研究成果已經發表在最新的《自然》雜誌上，科學家認為一旦兩個粒子之間發生糾纏，那么它們之間似乎就建立起了某種聯繫，無論兩個粒子距離多么遙遠，其中一個粒子狀態的改變也會引起另一個粒子的變化，而這之間並沒有任何物理信號的傳遞。愛因斯坦對量子糾纏的現象也感到困惑，被喻為幽靈般的超距離作用，科學家希望通過這項技術實現量子通信。

根據歐洲空間局負責該項目的研究人員埃里克·威爾（Eric Wille）介紹：“這是一次成功的遠距離量子通信，第一次在實驗室條件下實現了量子態隱形傳輸，該項目的挑戰在於兩個光子之間的距離達到了143公里，儘管距離遙遠以及在大氣擾動的情況下，兩個光子之間仍然可以實現量子態隱形傳輸。”

在進行涉及量子糾纏的低信噪比實驗中，需要非常小心，需要安裝超低噪音的光子探測器，以及一個單獨進程的量子糾纏被用於維持兩個測試站的時鐘同步，控制在三十億分之一秒之內。這些實驗條件有助於確保探測到光子，最好的GPS信號能夠控制在一百億分之一秒內。即使有了這樣的測試精度，該團隊由於惡劣的天氣被迫將該實驗推遲了一年，而在2011年的實驗卻以失敗告終。

兩處歐洲空間局的觀測站位於2400米海拔之上，不得不面對一些惡劣的氣象條件，比如大雨、霧、大風或者大雪天氣，甚至是沙塵暴，但是實驗終於在五月份開始進行，並最終創造了量子態隱形傳輸的新記錄。根據奧地利科學家博士魯珀特·烏爾辛（Rupert Ursin）介紹：“我們下一步將會在地面觀測站與地球軌道衛星之間建立一次量子態隱形傳輸的實驗，驗證實現全球範圍內量子通信的可能性。”

2012年12月10日英國《每日郵報》訊息，加拿大Hyperstealth生物科技公司研發出一種先進的偽裝布料。這種偽裝布料被稱之為“量子隱形”(Quantum Stealth)，能夠彎曲周圍的光波，進而達到隱形效果。

“量子隱形”(Quantum Stealth)

它是一種輕型材料，造價也不高，可廣泛用於各類電器及建築裝飾中，可以將其包裹在各類材質的表面將其達到隱身的效果。

中國成果

中國實現世界上最遠距離的量子態隱形傳輸

量子態隱形傳輸穿越大氣層證實為全球化量子通信網路奠定基礎。

由中國科大和清華大學組成的聯合小組成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，16公里的傳輸距離比原世界紀錄提高了20多倍。實驗結果首次證實了在自由空間進行遠距離量子態隱形傳輸的可行性，為全球化量子通信網路最終實現奠定了重要基礎。

據聯合小組研究成員彭承志教授介紹，量子態隱形傳輸是一種全新通信方式，它傳輸的不再是經典信息而是量子態攜帶的量子信息，是未來量子通信網路的核心要素。利用量子糾纏技術，需要傳輸的量子態如同科幻小說中描繪的“逾時空穿越”，在一個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方瞬間神秘出現。這一奇特的現象引起了學術界廣泛興趣。2004年，這個小組利用多瑙河底的光纖信道，成功地將量子態隱形傳輸距離提高到600米。但由於光纖信道中的損耗和環境的干擾，量子態隱形傳輸的距離難以大幅度提高。

2004年，中國科大潘建偉、彭承志等研究人員開始探索在自由空間實現更遠距離的量子通信。在自由空間，環境對光量子態的干擾效應極小，而光子一旦穿透大氣層進入外層空間，其損耗更是接近於零，這使得自由空間信道比光纖信道在遠距離傳輸方面更具優勢。這個小組2005年在合肥創造了13公里的自由空間雙向量子糾纏分發世界紀錄，同時驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子的可行性。2007年開始，中國科大——清華大學聯合小組在北京八達嶺與河北懷來之間架設長達16公里的自由空間量子信道，並取得了一系列關鍵技術突破，最終在2009年成功實現了世界上最遠距離的量子態隱形傳輸，證實了量子態隱形傳輸穿越大氣層的可行性，為未來衛星中繼的全球化量子通信網路奠定了可靠基礎。

聯合小組在自由空間量子通信領域的一系列工作，得到了科技部重大科學研究計畫、中科院知識創新工程重大項目和國家自然科學基金項目等支持，並引起了國際學術界的廣泛關注，出版的英國《自然》雜誌子刊《自然·光子學》以封面論文形式發表了這一研究成果。英國的《新科學家》、美國的《今日物理》、美國物理學會新聞網站均及時報導了這個研究成果。

中國科學家在自由空間量子通信方向上的一系列工作引起了國際學術界的廣泛關注。英國的《新科學家》(New Scientist)、美國的《今日物理》(Physics Today)、真實世界等多家學術新聞媒體均對這些工作進行了報導。