我國(guó)實(shí)現(xiàn)世界首次多自由度量子隱形傳態(tài)

　　從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，世界量子信息實(shí)驗(yàn)研究取得重大突破，中國(guó)科大首次實(shí)現(xiàn)多自由度量子體系隱形傳態(tài)。這是自1997年國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)單一自由度量子隱形傳態(tài)以來(lái)，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)18年努力在量子信息實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域取得的又一重大突破，為發(fā)展可擴(kuò)展的量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事陸朝陽(yáng)、劉乃樂(lè)等組成的研究小組在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)多自由度量子體系的隱形傳態(tài)。2月26日，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面標(biāo)題的形式發(fā)表了這一最新研究成果。

　　量子隱形傳態(tài)在概念上非常類(lèi)似于科幻小說(shuō)中的“星際旅行”，可以利用量子糾纏把量子態(tài)傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)地點(diǎn)，而無(wú)需傳輸載體本身。量子隱形傳態(tài)作為量子信息處理的基本單元，在量子通信和量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。1997年，國(guó)際上首次報(bào)道了單一自由度量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該工作隨后與倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論、沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等影響世界的重大科技成果一起入選了《自然》雜志“百年物理學(xué)21篇經(jīng)典論文”。

　　此后，作為國(guó)際學(xué)術(shù)界量子信息實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的重要研究熱點(diǎn)，量子隱形傳態(tài)又先后在包括如冷原子、離子阱、超導(dǎo)、量子點(diǎn)和金剛石色芯等諸多物理系統(tǒng)中得以實(shí)現(xiàn)。然而，以往所有的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)都存在著一個(gè)根本的局限，即只能傳輸單個(gè)自由度的量子狀態(tài)，而真正的量子物理體系自然地?fù)碛卸喾N自由度的性質(zhì)，即使是一個(gè)最簡(jiǎn)單的基本粒子，如單光子，它的性質(zhì)也包括波長(zhǎng)、動(dòng)量、自旋和軌道角動(dòng)量等等。多自由度的量子隱形傳態(tài)作為發(fā)展可拓展量子計(jì)算和量子網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的必經(jīng)途徑，成為近二十年來(lái)量子信息基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

　　潘建偉小組面對(duì)挑戰(zhàn)，選取單光子自旋和軌道角動(dòng)量作為研究對(duì)象，創(chuàng)造性地發(fā)展了多項(xiàng)新穎的多粒子多自由度的糾纏操縱技術(shù)，巧妙地設(shè)計(jì)了利用單光子非破壞測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)自旋和軌道角動(dòng)量多自由度貝爾態(tài)測(cè)量的新方案。經(jīng)過(guò)多年艱苦努力，研究人員成功制備了國(guó)際上最高亮度的自旋-軌道角動(dòng)量超糾纏源、高效率的軌道角動(dòng)量測(cè)量器件，突破了以往國(guó)際上只能操縱兩光子軌道角動(dòng)量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-軌道角動(dòng)量糾纏實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成功實(shí)現(xiàn)了多自由度量子體系的隱形傳態(tài)。