“中国造”量子之路：从量子隐形传态到光量子计算机

5月3日，中科院在上海举行新闻发布会，宣布中国学者成功构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机在中国诞生。这一令人振奋的消息来自中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组。其实，这并不是潘教授团队首次闪亮登场，近年来他们都做出了哪些辉煌成绩呢？让我们回顾一下。

双量子隐形传态

“瞬间移动”这个概念由来已久，无论对于科学家还是大众也有着巨大的吸引力。1993年，现实研究终于追赶上科幻概念，一个国际物理学团队从理论上证明了只要被复制的原始态被摧毁，量子态传输是完全可能的。成功传输量子需要精确系统测量，远距离信息传输以及重建一个原始态的完美复制。由于“量子态不可克隆”定理的存在，完美复制量子态是无法实现的，这就需要彻底的粒子传输，也就是说第一个粒子将失去其本来状态。

潘建伟教授

换句话讲，一次成功而完美的传送意味着第一个粒子彻底失去其被转送走的属性。单一自由度量子隐形传态实验于1997年首次实现。自那以后，量子自旋的全部独立状态，以及光场和其他单元都已实现成功传送。但是所有这些实验都仅限于单属性传输，以至于哪怕提升至双属性传输都会被视为盖世功勋。

2015年，潘建伟和陆朝阳研究团队已经实现了将一个量子的自旋 (偏振) 和轨道角动量 (OAM) 同时传输给一定距离以外的另一个量子。传送实验通常需要一个“量子通道”，这实际上是额外的一组“纠缠的”量子——它们的状态彼此相连无法摆脱，所以任何施加给其中一个量子的变化都会即刻影响另一个。在这个实验中，采用了一组“超纠缠”量子，即两个粒子的自旋和轨道角动量是同步纠缠的。

陆朝阳教授

这项成果也荣登《物理世界》(Physics World) 2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。尽管通过扩展潘的方法来传输两个以上的属性是有可能的，但每个属性的增加都将带来巨大的困难——极限可能是三个属性。要完成这一点将需要在实验中有能力控制10个量子，不过当时的纪录是8个。潘教授曾说：“希望在几个月内可以实现10个量子的纠缠。量子隐形传态已公认是目前远距离量子通讯研究中的关键因素，将决定未来不可破安全系统、超快量子计算机以及量子网络的发展。”