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量子研究先锋:他们用坚持打开量子世界大门

2016-01-09 04:43
论恒
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  8日,代表中国自然科学领域最高奖项的国家自然科学奖一等奖在万众期待中揭晓,中国科学技术大学潘建伟、彭承志、陈宇翱、陆朝阳、陈增兵为主要完成人的“多光子纠缠及干涉度量”团队获此殊荣。值得一提的是,该团队的成员均为“70后”“80后”的青年科学家。

  量子信息的物理基础和应用技术研究对保障国家信息安全和发展下一代信息产业有着深远的影响,已经成为世界主要发达国家优先发展的科技高地,国际竞争非常激烈。

  以该团队成员为代表的中国科学家长期从事量子力学基础问题实验检验,对光量子操纵方法进行了深入、系统的研究,系统地发展了多光子纠缠操纵技术,并创新性地应用于量子通信、量子计算等多个研究方向,引领和推动了多光子纠缠干涉量度学的发展,取得了广域量子通信和光学量子信息处理等领域的系统性关键突破,并将量子保密通信技术真正带入实际应用。

  什么是“多光子纠缠及干涉度量”

  简单地说,多光子纠缠及干涉度量就是根据量子物理原理提供的一种全新方式对信息进行编码、存储、传输和逻辑操作,并对光子、原子等微观粒子进行精确操纵,以确保通信安全和提升计算速度等方面可以突破经典信息技术的瓶颈。

  “实现对多粒子纠缠的相干操纵是量子信息技术的关键科学任务,也是量子信息处理的核心物理资源。”潘建伟说,正如2012年诺贝尔物理学奖获得者大卫·维因兰德所指出的,“纠缠粒子数越多,量子力学非定域性越强烈,对量子信息处理也越有用”。

  2004年,潘建伟团队在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输,这一成果被《自然》杂志发表,并同时入选英国物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展,这对中国科学家来说是首次。此后,潘建伟团队分别于2007年制备出六光子纠缠、2012年制备出八光子纠缠,并一直保持着纠缠光子数目的世界纪录。

  在此基础上,团队于2007年在国际上首次实现了安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发,从而打开了量子通信技术实用化的大门,2008年实现了国际上首个全通型量子通信网络,2012年建成首个规模化量子通信网络。

  据了解,量子通信克服了经典加密技术内在的安全隐患,是迄今唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,可以从根本上解决国防、金融、政务、能源、商业等领域的信息安全问题。项目组利用自主研制的量子通信装备,已经为60周年国庆阅兵、“十八大”、抗战胜利70周年阅兵等国家重要政治活动提供了信息安全保障。

  “这次获奖,是对我们多年来深耕在量子领域的肯定。当然这还远远不够,未来还有更难啃的‘硬骨头’,要实现有实用价值的量子模拟机和量子计算机的基本功能,起码要实现几十到上百个量子比特的纠缠。”潘建伟说。

  潘建伟团队重要成员之一、国家杰出青年基金获得者陆朝阳教授则给自己定了一个时间表,“争取在5年之内,实现20~30个光子的纠缠”。

  量子理论给世界带来哪些改变

  在量子物理学诞生的100多年里,对它的研究始终长盛不衰。有人说,我们的现代文明,从电脑到激光,从核能到生物技术,几乎没有哪个领域不依赖量子理论。那么,量子理论到底是什么?它能给我们的生活带来哪些改变?

  量子是指微观世界里不可分割的基本个体,比如日常生活中的光,就是由大量光量子组成的。量子有着诸如未知量子态不可复制、量子非定域性等不同于宏观物理世界的奇妙特性,若能掌握这些特性,则有望实现对信息处理能力革命性的突破。

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