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量子离物传态

/quantum teleportation/
条目作者何琼毅

何琼毅

最后更新 2022-12-23
浏览 188
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一种全新的量子通信方式。又称量子隐形传态。

英文名称
quantum teleportation
又称
量子隐形传态
所属学科
物理学

量子离物传态是一种通过发送方与接收方之间共享量子纠缠,并在经典信道的辅助下,将发送方的未知量子态精确传送至远距离的接收方的过程。作为量子信息处理的基本单元,量子离物传态在实现分布式量子信息处理网络中发挥着至关重要的作用。

量子离物传态最初由C.H.贝内特等人在1993年提出,是演示量子纠缠的资源特性最直接也是最重要的方案。在这个方案中,通信双方艾丽斯(Alice)和鲍勃(Bob)共享一对量子纠缠粒子(光子对),信息发送方艾丽斯要把一个量子纯态信息,传送给接收方鲍勃。如果艾丽斯对自己拥有的两个粒子C、A实施联合贝尔(Bell)基测量,即向4个贝尔态上的投影测量,然后将测量结果通过经典信道发送给鲍勃;鲍勃根据接收到的信息对自己拥有的粒子B做相应幺正变换,就可以使其处于与待传送的未知态完全相同的量子态。这就在粒子B上实现对粒子C量子态的重建。在这个传送过程中,艾丽斯并不需要知道要发送的量子态,且其拥有的粒子也不需要传送给鲍勃,即原物始终留在发送者处,被传送的仅仅是原物的量子态,因此称为离物传态。在传送完成后,艾丽斯拥有的粒子的量子态已经被破坏,因此整个过程并不违背量子态不可克隆定理。另一方面,量子隐形传态过程依赖于经典通信,其进行速度不会比光速快,所以不能用于比光快的经典通信。

量子离物传态工作示意图量子离物传态工作示意图

自量子离物传态的方案提出后,已经有很多实验小组完成了这一方案。1997年,奥地利的A.蔡林格小组利用偏振纠缠(EPR)光子对首次完成了对量子离物传态的原理性实验验证;紧接着,意大利实验小组实现了位置光子态的离物传态;美国加州理工学院的实验小组实现了连续变量的离物传态;美国洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员则实现了核自旋量子态的离物传态;中国学者利用“墨子号”量子科学试验卫星实现了地星量子离物传态。

作为国际学术界量子信息实验领域的重要研究热点,量子隐形传态先后在包括如冷原子、离子阱、超导、量子点和金刚石氮-空位(NV)色心等诸多物理系统中得以实现。

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