中科大首次實現無實物粒子交換的量子通信

以日常生活的經驗， 任何資訊的傳輸都需要通過實物載體， 如信件、電磁波等。 然而， 通信雙方沒有實物粒子的交換， 也可以實現資訊的傳遞。 記者5月24日從中科大獲悉， 該校潘建偉教授及其同事彭承志、陳宇翱等與清華大學馬雄峰合作， 在國際上首次通過實驗實現沒有實物粒子交換的量子通信， 並演示了圖像的傳輸。

2013年， 國際著名量子光學專家M.Suhail Zubairy小組提出一個與人們日常生活中形成的直觀認識相悖的“反事實直接量子通信”方案， 即在通信雙方(假定為Bob和Alice)沒有實物粒子的交換， 也可以實現資訊的傳遞。

反事實直接量子通信， 本質上是光的“波粒二象性”的集中體現。 具體到反事實直接量子通信的物理實現， 最核心的結構是嵌套和串聯的干涉儀。 Bob根據所需要傳輸的資訊來編碼， 通過嵌套的量子芝諾效應， 則Alice即可利用類似於“無相互作用測量”的方式完整地獲知所傳輸的資訊， 並且在這個過程中沒有任何光子在通信雙方之間傳輸。

潘建偉團隊通過對原始方案的仔細分析和改進， 使得反事實直接量子通信得以實現。 一方面， 通過使用單光子源， 在較少的干涉儀數目下也可以得到完全的反事實性；另一方面， 用被動篩選光子到達時間的策略替代原方案中的高速主動光開關等。 研究團隊使用先進的相位穩定技術，

首次實現了複雜的嵌套、級聯的單光子干涉儀等技術突破， 並成功傳輸了一張100×100圖元的中國結圖片， 傳輸正確率達到了87%。 潘建偉表示， 這項工作是量子通信領域的全新嘗試， “反事實直接量子通信”方案還可以進一步發展， 用於無相互作用成像等領域。

相關成果發表在國際權威學術期刊《美國科學院院報》上。 審稿人評論認為“這是一個將量子芝諾效應用於通信的新奇實現”。

新聞連結：

量子芝諾效應

提到量子芝諾效應， 就要從古希臘著名的哲學家和數學家芝諾說起。 他一生中提出過許多關於運動不可分性的哲學悖論， 其中最為著名的一個便是“飛矢不動”悖論。 這個悖論是說， 一支在空中飛行的箭， 其實是不動的。

因為箭在每一個瞬間的時刻都應該是靜置的， 那麼無數個靜置的組合還應該是靜置。 這個結論在經典世界裡顯然不成立， 是邏輯上的悖論。 芝諾的這個悖論在經典力學框架裡似乎是荒謬的， 但在量子力學裡， 則是可能的。 為了紀念這位古希臘哲學家， 在微觀量子體系中， 物理學家把該效應稱為“量子芝諾效應”。

有一個很形象但並不完全準確的例子來比喻“量子芝諾效應”：一個人準備睡覺， 如果旁邊另一個人不斷詢問其是否睡著了， 那麼可以想像， 準備睡覺的人便總也睡不著了。 這其實是在形容如果一個物理系統被連續不斷的觀測， 那麼它將不再繼續演化。