中國科大量子信息實驗研究獲重大突破

　　日前，中國科學技術大學潘建偉院士研究小組在國際上首次成功實現多自由度量子體系的隱形傳態。這是自1997年國際上首次實現單一自由度量子隱形傳態以來，科學家們經過18年努力在量子信息實驗領域取得的又一重大突破，為發展可擴展的量子計算和量子網絡技術奠定堅實基礎。

　　在微觀世界中，有兩個共同來源的微觀粒子，即使隔著太陽系，只要其中一個粒子狀態發生變化，另一個狀態立即發生相應變化，如同一對有“心靈感應”的雙胞胎，這就是被愛因斯坦等科學家稱作“幽靈般超距離作用”的“量子糾纏”。量子態隱形傳輸的實現，靠的就是神奇的“量子糾纏”現象。量子隱形傳態類似于科幻電影中的“星際旅行”，具有糾纏特性的兩個量子，通過特定的“時空隧道”，不需要任何介質，就可以實現文字、圖片、聲音、視頻等信息的精確傳輸。

　　作為量子信息處理的基本單元，量子隱形傳態在量子通信和量子計算網絡中發揮著至關重要的作用。1997年，奧地利塞林格教授研究小組在國際上首次實現單一自由度量子隱形傳態的實驗驗證，其成果隨后與倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大科技成果一起，入選《自然》雜志“百年物理學21篇經典論文”。

　　在過去18年中，量子隱形傳態雖在冷原子等諸多物理系統中實現，但傳輸的量子態只是基本粒子的單個自由度狀態，即部分信息而不是完整信息。然而，即使最簡單的基本粒子如單光子，其性質也包括波長、動量、自旋和軌道角動量等多個自由度。實現多自由度量子隱形傳態，成為發展可拓展量子計算和量子網絡技術必須突破的瓶頸。面對挑戰，潘建偉小組選取單光子自旋和軌道角動量作為研究對象，創造性發展了多項新穎的多粒子多自由度糾纏操縱技術，巧妙設計了利用單光子非破壞測量技術實現自旋和軌道角動量多自由度測量的新方案，并突破以往國際上只能操縱2光子軌道角動量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-軌道角動量糾纏實驗平臺，成功實現多自由度量子隱形傳態。

　　 2月26日，國際權威學術期刊《自然》以封面標題形式發表了這一重大成果，審稿人稱贊這項研究“絕對新穎、重要，處于當前量子光學和量子信息領域的最前沿，是一個偉大的成就”。