新科学家 ByAnil Ananthaswamy
19September 2016
已创下一个量子隐形传态的新世界纪录，把能延伸在城市之间的量子通信网络更近一步。两个独立的团队已经在几公里长的光纤网络传输了量子信息。
能够建立远距离的量子隐形传态是朝着在光纤上发送编码的数据所需的交换量子加密密钥的关键一步。
量子隐形传态是一种其中一个粒子的量子态能被传到另一个遥远的粒子它们之间没有任何物理旅行的东西的现象。它依赖一个称为纠缠的属性，在纠缠中测量一个粒子的状态立即的影响它纠缠的合作伙伴，与它们之间的距离无关。
从概念上讲，一个做量子隐形传态的办法涉及三个参与者：就说是爱丽丝、鲍勃和查理。为了让爱丽丝和鲍勃交换加密密钥，他们必须首先在查理的帮助下建立量子隐形传态的能力。
首先爱丽丝给查理发送一个粒子(A)。同时，鲍勃创建一对纠缠的粒子(B和C)，发送B到查理并持住C，.查理接收A和B并以这样一种不可能告诉哪个粒子是由爱丽丝发送的和哪个粒子是由鲍勃发送的方式测量。这个在粒子A量子态中的所谓的贝尔状态测量结果被转移到粒子C，粒子C在鲍勃那里的。
进一步延伸
在1997年进行的第一个量子隐形传态实验中，爱丽丝、鲍勃和查理坐在同一个实验室里的相同的光学长椅上。所涉及的距离均是数十厘米。如果量子隐形传态的距离被定义为查理和鲍勃之间的距离的话，那么直到最近这个的记录是仅800米，因为用跑的太快的光子做一个贝尔状态测量是困难的。
爱丽丝和鲍勃之间的绝对距离纪录是在2012年创建的，当一个由维也纳大学安东·泽林格领导的小组实现了在两个加那利群岛的之间超过143公里的自由空间的量子隐形传态时。但没有明显的来把这个壮举变成一个实用的将在一个城市内工作的量子网络的方式，在那里自由空间是很难得的并且其它干扰会消灭优雅的量子状态。
现在，加拿大艾伯塔省卡尔加里大学的沃尔夫冈·提特尔和同事们已经加大了这个赌注。他们扩展了查理和鲍勃之间的距离并使用卡尔加里的不被定期通信使用的光纤网络部分隐形传态了量子态。
提特尔说，"查理和鲍勃之间的距离，这是要数的距离，我们已经表明了这个跨一个超过6.2公里的大都会光纤网络工作的，就像乌鸦飞一样"。
中国科学技术大学的潘建伟和他的同事当他们使用合肥市光纤网络隐形传态了量子态时取得了一个可比的查理和鲍勃之间的分隔。虽然他们的设置略有不同：是在中间的查理创建了纠缠的粒子对并把一个发送给了鲍勃，而不是反过来。
壮举的重复
潘的配置对在一个城市内建立一个量子网络可以证明有用的，在那里多套的爱丽丝-查理-鲍勃把每个通讯与一个中央量子计算机链接起来。但提特尔的研究小组认为他们的设置可以使城市之间的量子通信网络成为可能。
这是因为它允许量子中继器的创建，来推动这个信号进一步沿着这个网络。就说爱丽丝和鲍勃分开100公里的，鲍勃在爱丽丝的右边。两个都创建一对纠缠态的粒子、保持一个并把另一个发送给查理，查理在它们的之间。查理执行贝尔状态测量，把这些粒子仍就纠缠与爱丽丝和鲍勃。
现在说鲍勃与黛西重复这一过程，黛西在他右侧100公里处（有另一个查理在它们的之间）。如果鲍勃现在对他的两个粒子做一个贝尔态测量，他有效的把黛西的粒子与爱丽丝的粒子纠缠------延伸量子隐形传态满一个200公里。
提特尔说，"在理论上你可以把整件事扩大规模到任意长的距离"。
慕尼黑马克斯·普朗克量子光学研究所的约翰内斯·斯坦说，"这两个实验能被看为是一个长期的目标道路上的里程碑，即来建造一个基于光纤的连接大城市的量子互联网"。
Journal reference:NaturePhotonics, DOI:10.1038/nphoton.2016.180
“The two experiments can be seen asmilestones on the path to a long-term goal, namely to build afibre-based quantum internet connecting large cities,” saysJohannes Koflerat the Max PlanckInstitute of Quantum Optics in Munich.
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