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奥地利物理学家凭借143公里的成绩打破量子远距传输的最远距离纪录

  北京时间9月7日消息,据美国物理学家组织网6日报道,维也纳大学和奥地利科学院的物理学家凭借143公里的成绩打破量子远距传输的最远距离纪录。这项成就是在朝着基于卫星的量子通讯道路上向前迈出的重要一步。研究成果刊登在《自然》杂志上。

  实验中,奥地利物理学家安东-泽林格领导的一支国际小组成功在加那利群岛的两个岛屿——拉帕尔玛岛和特纳利夫岛间实现量子态传输,距离达到143公里。此前的纪录由中国研究人员在几个月前创造,成绩为97公里。

  打破传输距离并不是科学家的首要目标。这项实验为一个全球性信息网络打下了基础,在这个网络,量子机械效应能够大幅提高信息交换的安全性,进行确定计算的效率也要远远超过传统技术。在这样一个未来的“量子互联网”,量子远距传输将成为量子计算机之间信息传送的一个关键协议。

  在量子远距传输实验中,两点之间的量子态交换理论上可以在相当远的距离内实现,即使接收者的位置未知也是如此。量子态交换可以用于信息传输或者作为未来量子计算机的一种操作。在这些应用中,量子态编码的光子必须能够传输相当长距离,同时不破坏脆弱的量子态。奥地利物理学家进行的实验让量子远距传输的距离超过100公里,开辟了一个新疆界。

  参与这项实验的马小松(Xiao-song Ma,音译)表示:“让量子远距传输的距离达到143公里是一项巨大的技术挑战。”传输过程中,光子必须直接穿过两座岛屿之间的湍流大气。由于两岛之间的距离达到143公里,会严重削弱信号,使用光纤显然不适合量子远距传输实验。

  为了实现这个目标,科学家必须进行一系列技术革新。德国加尔兴马克斯-普朗克量子光学研究所的一个理论组以及加拿大沃特卢大学的一个实验组为这项实验提供了支持。马小松表示:“借助于一项被称之为‘主动前馈’的技术,我们成功完成了远距传输,这是一项巨大突破。主动前馈用于传输距离如此远的实验还是第一次。它帮助我们将传输速度提高一倍。”在主动前馈协议中,常规数据连同量子信息一同传输,允许接收者以更高的效率破译传输的信号。

  泽林格表示:“我们的实验展示了当前量子技术的成熟程度以及拥有怎样的实际用途。第一个目标是基于卫星的量子远距传输,实现全球范围内的量子通讯。我们在这条道路上向前迈出了重要一步。我们将在一项国际合作中运用我们掌握的技术,中国科学院的同行也会参与这项合作。我们的目标是实施一项量子卫星任务。”

  2002年以来就与泽林格进行量子远距传输实验的鲁珀特-乌尔森指出:“我们的实验取得了令人鼓舞的成果,为未来地球与卫星之间或者卫星之间的信号传输实验奠定良好基础。”处在低地球轨道的卫星距地面200到1200公里。(国际空间站距地面大约400公里)乌尔森说:“在从拉帕尔玛岛传输到特纳利夫岛,穿过两岛间大气过程中,我们的信号减弱了大约1000倍。不过,我们还是成功完成了这项量子远距传输实验。在基于卫星的实验中,传输数据更远,但信号穿过的大气也更少。我们为这种实验奠定了一个很好的基础。”(孝文)