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來(lái)源: 網(wǎng)易科技報道 5月26日消息，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)(Delft University of Technology)的物理學(xué)家最近使用量子隱形傳態(tài)技術(shù)在三個(gè)處于不同物理位置的節點(diǎn)之間實(shí)現量子信息傳輸，離打造出“量子互聯(lián)網(wǎng)”又近了一步。 科學(xué)家通常只能用量子隱形傳態(tài)技術(shù)點(diǎn)對點(diǎn)完成量子信息傳輸。這項實(shí)驗表明，科學(xué)家可以將一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò )延伸到越來(lái)越多的點(diǎn)�！拔覀儸F在正在實(shí)驗室里構建小型量子網(wǎng)絡(luò )，”負責研究團隊的荷蘭代爾夫特大學(xué)物理學(xué)家羅納德·漢森(Ronald Hanson)說(shuō)�！暗覀兊南敕ㄊ亲罱K建立起一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)�！� 目前世界各地的科學(xué)家都在研發(fā)量子計算機，其能夠在幾分鐘內完成超級計算機甚至需要數千年運算才能完成的任務(wù)。2019年秋季，谷歌推出一臺實(shí)驗性量子計算機，表明這種研究是可行的。 但如果沒(méi)有另一項技術(shù)突破，量子計算機將無(wú)法發(fā)揮潛力�？茖W(xué)家需要建立起量子互聯(lián)網(wǎng)，讓不同位置的量子計算機可以彼此傳輸量子信息。 荷蘭物理學(xué)家的最新研究論文于本周發(fā)表在科學(xué)雜志《自然》上，展示了量子隱形傳態(tài)的力量。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)曾將其稱(chēng)之為“幽靈般的遠距離作用”。 這項技術(shù)可以深刻改變人類(lèi)在不同地點(diǎn)傳輸數據的方式。量子隱形傳態(tài)依托量子力學(xué)原理，不僅能夠在量子計算機之間實(shí)現數據傳輸，而且還無(wú)法攔截。 “這不僅意味著(zhù)量子計算機可以在不知道問(wèn)題是什么的情況下解決問(wèn)題，”因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗物理研究所研究員特蕾西·埃莉諾瑟普(Tracy Eleanor Northup)說(shuō)，她也在探索量子隱形傳態(tài)�！艾F在不是這樣。谷歌知道你在它的服務(wù)器上運行什么�！� 傳統計算機通過(guò)處理“比特”信息來(lái)執行計算，每個(gè)比特要么是1，要么是0。而量子計算機中的量子比特可以存儲0和1的疊加態(tài)，這意味著(zhù)兩個(gè)量子比特可以同時(shí)代表4個(gè)值，三個(gè)量子比特可以代表8個(gè)值，四個(gè)可以代表16個(gè)值。隨著(zhù)量子比特數量的增長(cháng)，量子計算機的功能會(huì )呈指數級增長(cháng)。 研究人員認為，有朝一日量子計算機可能會(huì )加速新藥研發(fā)，推動(dòng)人工智能的進(jìn)步，并迅速顛覆現有的加密技術(shù)。在全球范圍內，各個(gè)機構都在投入巨額資金探索這項技術(shù)。 2019年，谷歌宣布其機器已經(jīng)達到科學(xué)家所謂的“量子超越性”，這意味著(zhù)其可以執行傳統計算機無(wú)法完成的實(shí)驗任務(wù)。但大多數專(zhuān)家認為，量子計算機真正派上用途至少還需要幾年時(shí)間。 部分挑戰在于，如果人們從量子比特中直接讀取信息，量子比特就會(huì )出現斷裂或“退相干”，最終導致量子比特由相干疊加態(tài)退化為混合態(tài)或單一態(tài)。但是，科學(xué)家計劃通過(guò)把許多量子比特串在一起，并開(kāi)發(fā)防止退相干的方法，來(lái)制造出既強大又實(shí)用的機器。 最理想的情況是，這些量子計算機連接到網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)之間可以任意發(fā)送信息，就像谷歌和亞馬遜當前所提供的云計算服務(wù)一樣。 但網(wǎng)絡(luò )也有自身問(wèn)題。部分原因是退相干導致人們不能簡(jiǎn)單通過(guò)傳統網(wǎng)絡(luò )復制和發(fā)送量子信息。量子隱形傳態(tài)則提供了一種解決方案。 雖然量子隱形傳態(tài)技術(shù)不能將物體從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方，但它可以利用量子糾纏特性來(lái)傳輸信息，也就是一個(gè)量子系統狀態(tài)的變化會(huì )瞬間影響其他位置量子系統的狀態(tài)。 埃莉諾瑟普說(shuō)：“在糾纏之后，你就不能再單獨描述單一節點(diǎn)的狀態(tài)了�！薄皬母旧险f(shuō)，現在雙方處于一個(gè)系統�！� 這些糾纏系統可以是電子、光子或其他物體。荷蘭的漢森博士以及團隊利用人造金剛石中的氮-空位中心(Nitrogen-Vacancy center)來(lái)實(shí)現量子糾纏。 研究團隊打造了三個(gè)量子系統，分別命名為愛(ài)麗絲、鮑勃和查理，并將它們用光纖直接連接起來(lái)。然后，科學(xué)家們可以通過(guò)在這些系統之間發(fā)送單獨光子來(lái)實(shí)現不同系統的量子糾纏。 首先，研究人員將愛(ài)麗絲和鮑勃的兩個(gè)電子糾纏在一起。事實(shí)上，這些電子的自旋狀態(tài)相同，因此能在一個(gè)共同的量子態(tài)中結合或糾纏在一起，每個(gè)電子都存儲著(zhù)相同的信息：0和1的疊加態(tài)。 然后，研究人員可以將這個(gè)量子態(tài)轉移到另一個(gè)量子比特，也就是鮑勃系統人造金剛石中的碳原子核上。這樣做可以釋放鮑勃系統中的電子，然后再將其與查理系統的另一個(gè)電子糾纏在一起。 通過(guò)對鮑勃系統中的電子和碳原子核進(jìn)行特定的量子計算，研究人員就可以將愛(ài)麗絲和鮑勃糾纏在一起，并將鮑勃和查理糾纏在一起。 結果就是愛(ài)麗絲與查理糾纏在一起，這使得數據能夠在所有三個(gè)節點(diǎn)之間傳送。 當數據以這種方式傳輸時(shí)，不受傳輸距離影響，也不會(huì )丟失�！靶畔⒖梢詮木W(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)輸入，然后出現在另一側，”漢森說(shuō)。 這些信息也無(wú)法被攔截。以量子隱形傳態(tài)技術(shù)為基礎的未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)可能會(huì )提供一種理論上無(wú)法破解的新型加密技術(shù)。 需要清楚的是，實(shí)驗中不同節點(diǎn)之間相距只有大約不到20米。但之前的實(shí)驗表明，量子系統可以在更長(cháng)的距離上實(shí)現糾纏。 人們希望，經(jīng)過(guò)數年的研究，量子隱形傳態(tài)將能夠在遠距離上可行�！拔覀儸F在正試圖在實(shí)驗室之外做這件事，”漢森說(shuō)。 |
