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潘建伟团队再次刷新世界纪录 首次实现18个量子比特纠缠

陈伊凡2018-07-03 11:32

(图片来源:全景视觉)

经济观察网 记者 陈伊凡 中国科学技术大学7月2日官网发布消息称,中国科学技术大学潘建伟教授及其同事陆朝阳、刘乃乐、汪喜林等通过调控六个光子的偏振、路径和轨道角动量三个自由度,在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。该成果以“编辑推荐”的形式发表在《物理评论快报》上,从投稿经国际同行评议到被正式接收,只用了三个星期的时间。不过,记者致信中科院宣传局,称目前团队不接受采访,相关信息已在科学院官网上发布。

由于量子信息技术的巨大潜在价值,欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源。曾经,潘建伟就曾告诉记者,主要竞争者来自美国和欧洲。欧盟在2016年4月份发布了《量子宣言》,然后5月份欧盟量子大会上宣布启动10亿欧元的量子技术旗舰计划,以保证欧盟在量子技术方面的主导地位。美国国家科学基金会NSF前段时间正式提出,将“量子飞跃:引领下一代量子革命”作为未来重点支持的六大科研前沿之一。

量子计算的技术制高点

多个量子比特的相干操纵和纠缠态制备是发展可扩展量子信息技术,特别是量子计算的最核心指标。量子计算的速度随着实验可操纵的纠缠比特数目的增加而指数级提升。然而,要实现多个量子比特的纠缠,需要进行高精度、高效率的量子态制备和独立量子比特之间相互作用的精确调控。量子比特数目的增加,使得操纵带来的噪声、串扰和错误也随之增加。这对量子体系的设计、加工和调控要求极高,对量子纠缠和量子计算的发展构成了一个巨大的综合挑战。在“墨子号”升空时,潘建伟就曾经回答过记者关于为何中国成为量子卫星首发国家的问题,“一是我们技术上做得比较早,二是管理上的优势,还有就是我们很早就在谋划发射卫星这件事。”

多粒子纠缠的操纵作为量子计算不可逾越的技术制高点,一直是国际角逐的焦点。2016年底,潘建伟团队同时实现了10个光子比特和10个超导量子比特的纠缠,刷新并一直保持着这两个世界记录。近期,出于商业目的,虽然IBM、英特尔、谷歌等宣布实现了更高数目的量子比特样品的加工,但是这些量子比特并没有形成纠缠态。

潘建伟及其同事在过去20年一直在国际上引领着多光子纠缠和干涉度量的发展,并在此基础上另辟蹊径地开创了光子的多个自由度的调控方法。2015年,通过实现对光子偏振和轨道角动量两个自由度的量子调控技术和单光子非破坏测量,潘建伟、陆朝阳研究组首次实现单光子多自由度的量子隐形传态,相关成果被英国物理学会(Institute of Physics)新闻网站《物理世界》(PhysicsWorld)选为“国际物理学年度突破(Breakthroughof the Year)”。此后,研究组进入实现多光子三个自由度的联合调控这一“无人区”。

实现产业化

曾经,潘建伟就曾在接受采访时表示,发射量子科学实验卫星主要有三方面的目的,第一目的是做卫星和地面之间的量子通信;第二是能够通过卫星实现远距离的纠缠光子分发,测试量子纠缠现象,并在远距离地点之间对量子力学预言的非定域性进行检验;第三个目的是做量子信息的远距离传送,学术的语言叫做量子隐形传态。之所以要做卫星和地面之间的量子通信的原因是,尽管现在用光纤上网,但量子通信的信号在光纤里传输一百公里之后,99%的信号都损耗掉了,那么如果想做一千公里的量子通信,哪怕是把目前全世界所有顶尖技术都用上,每三百年也才能传送一个信号,量子通信就没价值了。但是上天之后,通过量子卫星则可以传播几百K的密钥,大大提高量子保密通信的密钥分发数量。

如今,量子通信业务已经走出实验室,实现产业化。“在产业化上,2006年是一个重要的节点”,国科量子CEO戚巍就曾在一次国科嘉禾LP大会上描述这项业务如何走向产业化的路径,当时潘建伟团队里实现了百公里光纤的传输,在光纤上实现百公里的密钥的传递,这个就可以借用现在的通信网络实现密钥的传输,这项技术意味着它能够真正的走出实验室,走向实用。“有一个领域每年以40%的速度在增长,就是数据流量,这么大的数据增长量对安全的需求实际上非常大,安全80%来自于密码,量子保密通信提供了一种,理论上唯一证明的绝对安全的密码体系,所以我们很看好。”

“研究组成功实现了18个光量子比特超纠缠态的实验制备和严格多体纯纠缠的验证,创造了所有物理体系纠缠态制备的世界纪录。这一成果可进一步应用于大尺度、高效率量子信息技术,表明我国继续在国际上引领多体纠缠的研究。”针对此次成果,中国科学技术大学官网发布的文章中表示。

经济观察报 公司部记者
关注新科技,包括人工智能、大数据、精准医疗、量子通信、科学产业化等,以及创投领域。擅长上市公司的分析报道以及行业的深度报道,发掘行业的变化趋势和投资价值。