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揭秘中国量子通信进展及团队:和美国一较高下

2015-12-25 14:52
姚看江湖
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  日前,中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”名列2015年度国际物理学领域的十项重大突破榜首。

  而北京到上海的2000公里量子通信干线也在紧锣密鼓的建设中。

  其实,潘建伟院士、陆朝阳教授完成的“多自由度量子隐形传态”和北京到上海的2000公里量子通信干线,虽然都被归入量子通信范畴,但其实是两种不同的技术。

量子密钥分配和量子隐形传态

  量子通信在定义上存在争议。目前,量子密钥分配和量子隐形传态都被称为量子通信。

  量子密钥分配可以建立安全的通信密码,通过一次一密的加密方式可以实现点对点方式的安全经典通信。

  具体做法是用弱相干光源发射光子,因为弱相干光源弱到一定程度,光子是一个一个往外蹦的,以此代替单光子源。把一个信息编码在一个光子上,一个光子有着不同的量子态,代表着0和1,把光子通过光纤发射过去,接收方接到密钥后进行解码。

  本质上说,量子密钥分配其实依旧依托于光纤通信,而单光子具有不可分割性是量子密码安全性的物理基础,因而量子密钥分配并非颠覆经典通信,更像是给经典通信增加了一把量子密码锁。

  现有的量子密钥分发技术可以实现实验室状态下200公里以上的量子通信,再辅以光开关等技术,还可以实现量子密钥分发网络。目前,开始产业化的就是量子密钥分配,而不是量子隐形传态,比如之前提到的北京到上海的2000公里量子通信干线,以及沪杭量子通信干线,陆家嘴量子通信金融网等。

  量子态隐形传输是基于量子纠缠态的分发与量子联合测量(量子纠缠是指两个量子态具有相干性或处于关联状态,量子纠缠态分发是指制备纠缠粒子对,将不同的粒子对发往不同的地方),在经典通信的辅助下实现量子态的空间转移而又不移动量子态的物理载体。

  今年2月,潘建伟院士、陆朝阳教授搭建了6光子的自旋-轨道角动量纠缠实验平台,实现了自旋和轨道角动量的同时传输,在量子隐形传态方面取得重大突破。

  虽然在量子隐形传态技术上中国走在美国的前列,但现在仅仅是技术突破,离产业化还非常遥远。

陆朝阳教授

  背景介绍:陆朝阳,英国剑桥大学博士,中国科学技术大学教授。在国际上首次实现六光子纠缠、八光子纠缠和十比特超纠缠,三次刷新了多光子纠缠和光学量子计算领域的两项世界记录,两次入选了两院院士评选和年度中国科技十大进展新闻。

  目前,国内主攻量子通信技术的有潘建伟院士带领的团队和郭光灿院士带领的团队,两个团队在研究量子通信方面呈现你追我赶的架势——潘建伟院士在实现实验室状态下200公里的量子密钥分配;郭光灿院士实现了实验室状态下260公里的量子密钥分配;在今年2月潘建伟院士、陆朝阳教授等完成的“多自由度量子隐形传态”......

潘建伟院士

  背景介绍:最年轻的院士、27岁时科研成果就入选“年度全球十大科技进展”、31岁毅然回国组建自己的实验室、帮助中国在量子通信的前沿科技领域处于世界领先……近年来,在合肥工作的潘建伟是中国最耀眼的科技明星之一,也被认为是距离下一个科技诺贝尔奖最近的中国人之一。

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