在北京八达岭长城脚下的科学家们进行了一场看似简单的实验:他们试图将量子态信息发送到16公里外的河北省张家口市怀来县。
这个距离虽然近,但传递的不是传统意义上的信件或信息,而是量子运动状态的量子态,这已经打破了量子态传输的世界纪录。
6月1日,《自然·光子学》以封面论文的形式公布了这一成果,中国科学技术大学和清华大学的联合团队完成了自由空间量子隐形传输,即量子态在不借助任何载体的情况下瞬间出现在16公里外。
这一突破被美国国际科技信息网站高度评价,标志着量子通信应用领域的一大飞跃。
尽管量子通信的原理难以理解,科学家们却面临着向公众解释的挑战。早在3年前,中科大前校长朱清时院士曾形容潘建伟教授的工作深奥难懂,但正是这种难以理解的特性,使量子通信显得更为神秘和震撼。
量子世界的核心在于量子的“纠缠”状态,就像两个拥有心灵感应的骰子,即使相隔遥远,一方的行动也能影响到另一方。
实验中,通过纠缠的光子,甲乙两人可以在没有直接接触的情况下,仅通过信息传递得知对方骰子的点数,仿佛实现了一种“隐形传输”。
尽管这项技术目前只能传输量子态信息,而非实物,但每一步的进步都代表着科学的里程碑。
1997年,奥地利的蔡林格研究小组首次实现了几米距离的量子态隐形传输,这被视为进入量子计算机新时代的预兆。
中国的实验在技术上创新,提高了传输的保真度,预示着未来通过卫星进行跨国量子信息传输的可能性。
然而,量子通信的意义远不止于此。
科学家们清楚,量子通信的防御价值同样重要,因为它能对抗尚未出现但极具威胁的量子计算机。
一旦量子计算机诞生,现有的加密技术将面临严峻挑战,量子信息的保密性将提供关键的防护屏障。
尽管量子态隐形传输距离的扩大引发了公众对超时空穿越的误解,但科学家们强调,这还远未达到那个程度。他们希望通过继续研究,能够在未来实现更复杂的量子系统传输,但宏观物体的量子态隐形传输仍然遥不可及。
科技的未知性和快速进步让人充满期待,就像电子计算机从无到有,未来量子通信或许能带来更多的惊喜。
在量子力学中,微观粒子的运动状态称为量子态。量子态是由一组量子数表征,这组量子数的数目等于粒子的自由度数。
量子隐形传态是什么技术
量子技术是指利用量子力学原理和量子效应进行信息处理、通信和计算的一种前沿科技。这种技术以其高速、高精度和高安全性等特点,被认为是未来信息科技发展的重要方向。
量子技术的核心原理建立在量子力学的基础之上,其中包括波粒二象性、不确定性原理和量子叠加态等基本概念。
量子技术的基本原理主要包括:
1.量子叠加态:量子技术利用量子粒子的叠加态特性,使得信息可以同时处于多个状态,从而实现并行计算和信息处理。
2.量子纠缠:通过利用量子纠缠的特性,量子技术使得两个或多个粒子之间的状态相互关联,即使它们之间存在空间距离,也能实现信息的传递和共享。
3.量子隐形传态:量子技术利用量子隐形传态的原理,可以实现信息的安全传输,即使被窃听或截获,也无法获取其中的信息。
量子技术已经应用于多个领域,包括:
1.量子计算:量子计算利用量子叠加态和量子纠缠的特性,可以实现比传统计算机更快速和更高效的计算,对于解决复杂问题具有巨大潜力。
2.量子通信:量子通信利用量子隐形传态的原理,可以实现绝对安全的通信,对于保护敏感信息和防止窃听具有重要意义。
3.量子传感:量子传感利用量子效应的高精度和高灵敏性,可以实现超高精度的测量和探测,对于地震监测、生物医学和环境监测等领域具有广泛应用。
4.量子仿真:量子仿真利用量子计算的能力,可以模拟和研究复杂的量子系统,对于材料科学、化学反应和生物分子等领域的研究具有重要意义。
尽管量子技术在发展过程中面临诸多挑战,如量子比特的稳定性、量子纠错和量子误差校正等问题,但其产业化进程正在加速。一些量子通信和量子计算的商业化应用已经开始出现,显示出量子技术巨大的应用潜力。
从发展历程来看,量子技术自20世纪80年代量子密码学的提出以来,经历了20世纪90年代的量子纠缠实验验证和量子通信的初步实现,到21世纪初量子计算的理论突破和实验进展,已经进入了快速发展的阶段。
量子技术的不断进步对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
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