由潘建偉院士帶領(lǐng)的中國科技大學(xué)量子技術(shù)科研團隊近日發(fā)表最新研究成果，在國際上首次實現(xiàn)十光子糾纏，再次刷新了光子糾纏態(tài)制備的世界紀錄,。這也是今年該團隊繼發(fā)射量子科學(xué)實驗衛(wèi)星后,，再次創(chuàng)造世界紀錄。
盡管已經(jīng)成為國際上量子領(lǐng)域的引領(lǐng)者，但潘建偉仍然十分謙遜,。他說：“目前我們國家只有在一兩個點走在世界的前列,，還不敢說領(lǐng)先,，量子技術(shù)要達到國際上廣泛認可的領(lǐng)先還要花10~20年,。”
鬼魅的超距作用
此前,，八光子紀錄同樣由潘建偉院士帶領(lǐng)的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子技術(shù)科研團隊中陸朝陽,、陳宇翱等研究組成員創(chuàng)造，并保持4年之久,。該團隊的“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”去年還獲得了國家自然科學(xué)一等獎,，并成為歷史上獲此殊榮最年輕的團隊。
多粒子糾纏操縱作為量子信息處理基本能力的核心指標,，能夠系統(tǒng)性地應(yīng)用于量子通信,、量子計算等多個研究方向，一直是國際角逐的焦點,。此次研究成果還將應(yīng)用于大尺度量子信息技術(shù),。
“多光子糾纏”，顧名思義,，就是讓多個光子產(chǎn)生糾纏,，這是利用光子做量子隱形傳態(tài)和量子計算的必要前提。量子力學(xué)中“糾纏”指的是多粒子的一種疊加態(tài),。當兩個粒子發(fā)生糾纏,，就會形成一個雙粒子的疊加態(tài)，也就是一個“糾纏態(tài)”,。在沒有外界干擾的情況下,，無論兩個粒子相隔多遠，糾纏態(tài)都可以存在,，因此量子糾纏曾經(jīng)被愛因斯坦稱為“鬼魅的超距作用”（spookyacTIonatadistance）,，并以此來質(zhì)疑量子力學(xué)的完備性（因為違反了他提出的“定域性”原理）。但是,，后來每一次實驗都證實了量子力學(xué)的正確性,，非定域的量子糾纏可以存在，定域性原理必須舍棄,。
中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心,、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院副研究員張文卓在回答第一財經(jīng)記者解釋時表示：“隨著量子信息學(xué)的誕生，量子糾纏成為量子通信和量子計算的核心,?！?/p>
十光子的意義
張文卓表示，針對量子信息處理尤其是光量子計算的需求,，糾纏的光子數(shù)自然是越多越好,。在實驗上,，光子糾纏需要對光子源產(chǎn)生的光子通過各種光學(xué)干涉的方法來獲取，這就是“多光子糾纏”和“多光子干涉度量學(xué)”成為一個整體課題的原因,。產(chǎn)生糾纏的光子數(shù)越多，干涉和測量的系統(tǒng)也就越復(fù)雜,，實驗難度也就越大,。
把雙光子干涉產(chǎn)生糾纏的方法層層累加，擴展到更多的光子,，就可以形成更多光子的糾纏,。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)公開資料顯示，潘建偉團隊從2004年開始,，一直保持著糾纏光子數(shù)的世界紀錄,。2004年在世界范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了五光子糾纏，2007年在世界范圍內(nèi)首次實現(xiàn)了六光子糾纏,，2012年又在世界上第一個實現(xiàn)了八光子糾纏,，并且保持該紀錄至今。
由于光子產(chǎn)生和光學(xué)干涉測量的概率都是隨著光子數(shù)指數(shù)上升,，所以每增加一個糾纏光子,，光學(xué)干涉系統(tǒng)就要復(fù)雜一倍，糾纏的產(chǎn)生難度也會隨著光子數(shù)指數(shù)上升,。該團隊以多光子糾纏技術(shù)為基礎(chǔ),，在自由空間量子通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了世界首個百公里級的量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)，在量子計算領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了世界上首個光量子Shor算法和拓撲量子糾錯,。
但“多光子糾纏和干涉度量學(xué)”這僅僅是潘建偉院士團隊的一部分工作,。2016年，該團隊承擔(dān)研制的世界首顆“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”的發(fā)射升空,，將實現(xiàn)世界首個星地間的量子保密通信和量子隱形傳態(tài),。同時，緣于該團隊技術(shù)成果的世界首個量子保密通信主干網(wǎng)絡(luò)“京滬干線”也將于明年初建成,。
京滬干線在路上
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳宇翱教授在12月24日的一場由潘建偉院士發(fā)起的“墨子沙龍”的科普活動上接受第一財經(jīng)記者采訪時表示,，京滬干線開通后就將進入實質(zhì)性的運營階段?！氨绕痖_通,，商業(yè)化運營意義更為重大，好比造了大樓得要有人住進來才行,?！标愑畎空f，“接下來就不是學(xué)校的項目了,，京滬干線本來就是實用化的試點,，發(fā)改委支持產(chǎn)業(yè)化就是希望建了以后有人愿意花錢來買,。如果有銀行愿意付錢來用，才能算是真正的成功,?！?/p>