中科大首次实现无实物粒子交换的量子通信

发布时间：2021-01-08 19:08:12 阅读：次来源：切刀厂家

以日常生活的经验，任何信息的传输都需要通过实物载体，如信件、电磁波等。然而，通信双方没有实物粒子的交换，也可以实现信息的传递。记者5月24日从中科大获悉，该校潘建伟教授及其同事彭承志、陈宇翱等与清华大学马雄峰合作，在国际上首次通过实验实现没有实物粒子交换的量子通信，并演示了图像的传输。

2013年，国际著名量子光学专家M.Suhail Zubairy小组提出一个与人们日常生活中形成的直观认识相悖的“反事实直接量子通信”方案，即在通信双方(假定为Bob和Alice)没有实物粒子的交换，也可以实现信息的传递。反事实直接量子通信，本质上是光的“波粒二象性”的集中体现。具体到反事实直接量子通信的物理实现，最核心的结构是嵌套和串联的干涉仪。 Bob根据所需要传输的信息来编码，通过嵌套的量子芝诺效应，则Alice即可利用类似于“无相互作用测量”的方式完整地获知所传输的信息，并且在这个过程中没有任何光子在通信双方之间传输。

潘建伟团队通过对原始方案的仔细分析和改进，使得反事实直接量子通信得以实现。一方面，通过使用单光子源，在较少的干涉仪数目下也可以得到完全的反事实性；另一方面，用被动筛选光子到达时间的策略替代原方案中的高速主动光开关等。研究团队使用先进的相位稳定技术，首次实现了复杂的嵌套、级联的单光子干涉仪等技术突破，并成功传输了一张100×100像素的中国结图片，传输正确率达到了87%。潘建伟表示，这项工作是量子通信领域的全新尝试，“反事实直接量子通信”方案还可以进一步发展，用于无相互作用成像等领域。

相关成果发表在国际权威学术期刊《美国科学院院报》上。审稿人评论认为“这是一个将量子芝诺效应用于通信的新奇实现”。

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量子芝诺效应

提到量子芝诺效应，就要从古希腊著名的哲学家和数学家芝诺说起。他一生中提出过许多关于运动不可分性的哲学悖论，其中最为著名的一个便是“飞矢不动”悖论。这个悖论是说，一支在空中飞行的箭，其实是不动的。因为箭在每一个瞬间的时刻都应该是静置的，那么无数个静置的组合还应该是静置。这个结论在经典世界里显然不成立，是逻辑上的悖论。芝诺的这个悖论在经典力学框架里似乎是荒谬的，但在量子力学里，则是可能的。为了纪念这位古希腊哲学家，在微观量子体系中，物理学家把该效应称为“量子芝诺效应”。

有一个很形象但并不完全准确的例子来比喻“量子芝诺效应”：一个人准备睡觉，如果旁边另一个人不断询问其是否睡着了，那么可以想象，准备睡觉的人便总也睡不着了。这其实是在形容如果一个物理系统被连续不断的观测，那么它将不再继续演化。