中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉、陸朝陽、劉乃樂等和法國維也納學(xué)院塞林格小組合作，在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)高維度量子體系的隱型傳態(tài)。這是自1997年實(shí)現(xiàn)二維量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)以來，科學(xué)家第一次在理論和實(shí)驗(yàn)上把量子隱型傳態(tài)擴(kuò)充到任意維度，為復(fù)雜量子系統(tǒng)的完整態(tài)傳輸以及發(fā)展高效量子網(wǎng)路奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。論文以編輯推薦的方式于8月15日發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《物理評(píng)論快報(bào)》上。
通過對(duì)光子、原子等微觀粒子的精確主動(dòng)操縱，量子信息以一種改革性的方法對(duì)信息進(jìn)行編碼、儲(chǔ)存和傳輸，在信息安全與估算速率等方面可突破精典信息技術(shù)的困局。量子通訊是目前惟一被證明無條件安全的通信形式，可以有效解決信息安全傳輸問題。量子估算因?yàn)槠涑斓牟⑿泄浪隳芰?strong>量子隱態(tài)傳輸，有望為密碼剖析、大數(shù)據(jù)處理和材料設(shè)計(jì)等大規(guī)模估算困局提供解決方案。量子隱型傳態(tài)就能利用量子糾纏將未知的量子態(tài)傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身，是遠(yuǎn)距離量子通訊和分布式量子估算的核心功能單元。
在此之前，所有的量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)都局限于量子態(tài)的二維子空間。高維量子態(tài)的隱型傳態(tài)作為完整傳輸一個(gè)量子系統(tǒng)的最后一個(gè)待解決挑戰(zhàn)，因?yàn)槠淇尚行岳碚摲桨负蛯?shí)驗(yàn)技術(shù)上的雙重困難，仍然懸而未決。對(duì)于高維體系，因?yàn)槠湟跃S度的平方項(xiàng)增多的貝爾態(tài)數(shù)目和急劇降低的復(fù)雜糾纏特點(diǎn)，必須發(fā)展出一套全新的可行理論方案。在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上，高維貝爾態(tài)檢測(cè)須要等效地實(shí)現(xiàn)獨(dú)立光子的高維量子態(tài)之間的控制邏輯門，這也是量子信息技術(shù)的“無人區(qū)”。
解決這個(gè)關(guān)鍵問題須要理論和實(shí)驗(yàn)的同步創(chuàng)新。2014年，潘建偉、陸朝陽等完成多自由度量子隱型傳態(tài)實(shí)驗(yàn)后，旋即投入了對(duì)高維度課題的勤于研究。在理論上，該團(tuán)隊(duì)首次提出了光子體系中可擴(kuò)充至任意維度的貝爾態(tài)檢測(cè)和量子隱型傳態(tài)方案；在實(shí)驗(yàn)上，該團(tuán)隊(duì)引入一個(gè)額外輔助光子，發(fā)展了高穩(wěn)定性多通道路徑干涉技術(shù)，開創(chuàng)了多光子多維度互相作用的實(shí)驗(yàn)先河，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了高維度量子隱型傳態(tài)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三維量子態(tài)的全部12個(gè)無偏基矢，檢測(cè)了高維量子隱型傳態(tài)保真度為75%，以25個(gè)統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差超出了精典界限量子隱態(tài)傳輸，嚴(yán)格證明了該過程的非精典性以及高維特點(diǎn)。
審稿人強(qiáng)調(diào)，高維量子隱型傳態(tài)是量子通訊領(lǐng)域的一個(gè)常年存在的挑戰(zhàn)，解決這個(gè)挑戰(zhàn)將開啟量子熱學(xué)基礎(chǔ)檢驗(yàn)和量子技術(shù)的興奮人心的新應(yīng)用，這是一個(gè)十分英雄式的努力，這顯著是量子通訊領(lǐng)域的一個(gè)里程碑。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、中科院、科技部、教育部、安徽省等的支持。（記者常河）
