中奧科學家首次實現高維度量子“隱形傳態”

新華社合肥8月19日電（記者 徐海濤）量子“隱形傳態”是實現實用化量子通信和量子計算的核心技術之一。近期，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等人和奧地利維也納大學安東·塞林格小組合作，在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態，為複雜量子系統的傳輸以及發展高效量子網絡奠定科學基礎。國際權威學術期刊《物理評論快報》日前發表了該成果。

通過對光子、原子等微觀粒子的操縱，量子信息以一種變革性的方式對信息進行編碼、儲存和傳輸，從而突破傳統信息技術的瓶頸。其中量子通信可以解決信息的安全傳輸問題，量子計算可以實現超快的並行計算能力。

量子隱形傳態是指不用傳送物質本身，借助量子的糾纏特性將未知的量子態傳輸到遠方，從而成為遠距離量子通信和分佈式量子計算的核心功能單元。

現實中的物理體系往往包括多個粒子，每個粒子包含多種自由度，每個自由度又可能有多個維度。1997年，潘建偉和奧地利科學家合作，首次實現了獨立光子偏振態的量子隱形傳態的實驗驗證，這項研究的論文與倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等重大成果一起，入選了《自然》雜誌評選的“百年物理學21篇經典論文”。2017年，基於“墨子號”量子衛星，潘建偉團隊將量子隱形傳態的距離推進至千公里量級。

但長期以來，量子隱形傳態實驗都局限于量子態的二維子空間。要完整傳輸一個量子系統，必須實現高維量子態的隱形傳態。近期，潘建偉團隊基於近5年來的潛心研究，在理論上首次提出了光子體系中可擴展至任意維度的貝爾態測量和量子隱形傳態方案；在實驗上，他們引入一個額外輔助光子，發展了高穩定性多通道路徑干涉技術，開創了多光子多維度相互作用的實驗先河，在此基礎上實現了高維度量子隱形傳態。

《物理評論快報》審稿人認為，這是量子通信領域的一個里程碑，“解決這個挑戰，將開啟量子技術激動人心的新應用”。美國物理學會《物理》雜誌表示，這為傳輸粒子的完整量子態鋪平了道路。