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量子通訊
目錄
百科名片
基本簡介
研究突破
中國研究
發展史
以實驗駁倒愛因斯坦
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百科名片
量子通訊是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科，是量子論和信息論相結合的新的研究領域。量子通訊主要涉及：量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等，近來這門學科已逐步從理論走向實驗，並向實用化發展。高效安全的信息傳輸rì益受到人們的關注。基於量子力學的基本原理，量子通訊具有高效率和絕對安全等特點，並因此成為國際上量子物理和信息科學的研究熱點。
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基本簡介
量子通訊係統的基本部件包括量子態發生器、量子通道和量子測量裝置。按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用於量子密鑰的傳輸，後者則可用於量子隱形傳態和量子糾纏的分發。所謂隱形傳送指的是脫離實物的一種“完全”的信息傳送。從物理學角度，可以這樣來想象隱形傳送的過程：先提取原物的所有信息，然後將這些信息傳送到接收地點，接收者依據這些信息，選取與構成原物完全相同的基本單元，製造出原物完美的複製品。但是，量子力學的不確定理不允許地提取原物的全部信息，這個複製品不可能是完美的。因此長期以來，隱形傳送不過是一種幻想而已。
位來自不同國家的科學家，提出了利用經典與量子相結合的方法實現量子隱形傳態的方案：將某個粒子的未知量子態傳送到另一個地方，把另一個子製備到該量子態上，量子通訊而原來的粒子仍留在原處。其基本思想是：將原物的信息分成經典信息和量子信息兩部分，它們分別經由經典通道和量子通道傳送給接收者。經典信息是發送者對原物進行某種測量而獲得的，量子信息是發送者在測量中未提取的其餘信息；接收者在獲得這兩種信息後，就可以製備出原物量子態的完全複製品。該過程中傳送的僅僅是原物的量子態，而不是原物本身。發送者甚至可以對這個量子態一無所知，而接收者是將別的粒子處於原物的量子態上。
在這個方案中，糾纏態的非定域著至關重要的作用。量子力學是非定域的理論，這一點已被違背貝爾不等式的實驗結果所證實，因此，量子力學展現出許多反直觀的效應。在量子力學中能夠以這樣的方式製備兩個粒子態，在它們之間的關聯不能被經典地解釋，這樣的態稱為糾纏態，量子糾纏指的是兩個或多個量子係統之間的非定域非經典的關聯。量子隱形傳態不僅在物理學領域對人們認識與揭示自然界的神秘規律具有重要意義，而且可以用量子態作為信息載體，通過量子態的傳送完成大容量信息的傳輸，實現原則上不可破譯的量子保密通信。量子通訊在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現了未知量子態的遠程傳輸。這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實驗中傳輸的隻是表達量子信息的“狀態”，作為信息載體的光子本身並不被傳輸。最近，潘建偉及其合作者在如何提純高品質的量子糾纏態的研究中又取得了新突破。為了進行遠距離的量子態隱形傳輸，往往需要事先讓相距遙遠的兩地共同擁有最大量子糾纏態。但是，由於存在各種不可避免的環境噪聲，量子糾纏態的品質會隨著傳送距離的增加而變得越來越差。因此，如何提純高品質的量子糾纏態是目前量子通信研究中的重要課題。
國際上許多研究組都在對這一課題進行研究，並提出了一係列量子糾纏態純化的理論方案，但是沒有一個是能用現有技術實現的。最近潘建偉等人發現了利用現有技術在實驗上是可行的量子糾纏態純化的理論方案，原則上解決了目前在遠距離量子通信中的根本問題。這項研究成果受到國際科學界的高度評價，被稱為“遠距離量子通信研究的一個飛躍”。
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研究突破
據《新科學家》雜誌等媒體綜合報道，一支意大利和奧地利科學家組宣布，他們首次識別出從地球上空裏處的人造衛星上反彈回地球的單批光子，實現了太空絕密傳輸量子信息的重大突破。這一突破標明在太空和地球之間可以構建安全的量子通道來傳輸信息，用於全球通信。此研究成果即將發表在《新物理學雜誌》上。
意大利帕多瓦大學的保羅·維羅來斯和愷莎爾·巴伯利領導此研究組，成功地利用意大利名為馬泰拉激光測距文台的1.5米望遠鏡向地球上空裏處的rì本阿吉沙人造衛星發光子並讓此衛星將這些光子反彈回到了原始出發地。這標誌著無法偷聽的量子編碼通信可望通過人造衛星來實現。此消息將會大受全球通信公司和銀行的歡迎。