我国科学家首次实现远距离自由空间量子隐形传态 向全球化量子通信迈出重要一步 [2010-11-03]

　　日前，由我校与清华大学组成的联合小组成功实现16公里的世界上最远距离的量子隐形传态，比此前的世界纪录提高了20多倍。该实验结果首次证实了在自由空间进行远距离量子隐形传态的可行性，向全球化量子通信网络的最终实现迈出了重要一步。6月1日出版的英国《自然》杂志子刊《自然•光子学》以封面论文形式发表了这一研究成果——自由空间量子隐形传态的实验研究[Nature Photonics 4, 376-381 (2010)]。该工作得到了科技部重大科学研究计划、中科院知识创新工程重大项目、国家自然科学基金项目等资助。

　　据联合小组研究成员彭承志教授介绍，量子隐形传态是一种全新的通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，它是未来量子中继器和量子通信网络的核心元素。在量子纠缠的帮助下，待传输的量子态如同经历了科幻小说中描写的“超时空传输”，在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。这个奇特的现象引起了学术界和公众的广泛兴趣。1997年，奥地利Zeilinger小组在室内首次完成了量子隐形传态的原理性实验验证，成为量子信息实验领域的经典之作。2004年，该小组利用多瑙河底的光纤信道，成功地将量子隐形传态距离提高到了600米。但是由于光纤信道中的损耗和退相干效应，传态的距离受到了极大的限制，如何大幅度地提高量子隐形传态的距离成了量子信息实验领域的重要研究方向。

　　2004年，中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间信道中实现更远距离的量子通信。在自由空间信道中，光子传输几乎不存在退相干效应，而一旦穿透大气层进入到外层空间，光子的损耗更是接近于零，这使得自由空间信道比光纤信道在大尺度上具有特别的优势。该小组2005年在合肥创造了13公里的双向量子纠缠分发世界纪录，同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子对的可行性。2007年开始，中国科大-清华大学联合研究小组开始在北京八达岭与河北怀来之间架设长达16公里的自由空间量子信道，并取得了一系列关键技术突破，最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子隐形传态，证实了量子隐形传态过程穿越大气层的可行性，为未来基于卫星中继的全球化量子通信网鉴定了可靠基础。除此之外，联合小组还在该研究平台上针对未来空间量子通信需求开展了诱骗态量子密钥分发等多个方向的研究，取得了丰富的成果。

　　我国科学家在自由空间量子通信方向上的一系列工作引起了国际学术界的广泛关注。英国的《新科学家》 （New Scientist）、美国的《今日物理》（Physics Today）等多家学术新闻媒体均对这些工作进行了报道。其中，美国物理学会的新闻网站physicstoday.org在量子隐形传态论文刚刚在线刊登时，即以“Quantum teleportation through open air（量子隐形传态穿过开放大气）”为题具体报道了这一工作。美国的物理新闻网站PhysOrg也以“Quantum teleportation achieved over 16 km（量子隐形传态达到16公里）”为题进行了报道。