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中科院量子通信研究再获突破 推动量子非局域性理解

2016-12-02 11:48
汉水狂客
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  12月2日从中科院获悉,中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿领导的中国科学院量子信息重点实验室在量子力学基础研究中取得新进展,该实验室李传锋、柳必恒、韩永建及其合作者首次在实验上利用量子互文性产生出量子非局域性,并首次证明光子的测量结果与其历史无关,为堵上非局域性检验中的自由意志漏洞打下了重要基础。该成果于11月23日发表在《物理评论快报》上。

  随着量子信息技术的发展,近年来对于量子非局域性的实验检验(Bell不等式)突飞猛进,2015年实现了同时排除两个主要漏洞(即局域漏洞和探测漏洞)的Bell不等式实验检验。目前,学术界已公认量子非局域性是量子物理的最基本特性之一。随之而来出现两个更深入的问题:一、量子非局域性的起源是什么,它是否由量子物理的其它基本特性产生?比如量子互文性。量子互文性是指在单个大于两维的量子系统中,两个相继发生的量子测量,后一个测量的结果会受到前者的影响。相应的,量子非局域性则是两个(或多个)量子系统之间的量子关联特性。研究表明,量子互文性是容错量子计算的基本资源,量子非局域性则是设备无关的量子保密通讯的基本资源。二、能否在非局域性实验中进一步排除其它漏洞?比如,物理学和哲学都非常感兴趣的自由意志漏洞。这个漏洞是指看起来是两边自由选择了各自的测量,但事实上由于所有事件在时间上追溯到足够远时都有一个共同的过去,所以也许是两边共同的过去事件决定了现在的测量,这就不需要量子力学也可以违背Bell不等式。要完全堵上自由意志漏洞是极其困难的,但是作为第一步,可以证明对于光子的测量结果与其历史无关。

  李传锋研究组对这两个问题展开了细致的实验研究。他们设计出一种精妙的光学分束器,利用它在实验上制备出高保真度的两光子四比特纠缠态,然后把两个光子(分别携带两个比特)分发给A和B两个测量者。二者分别对自己的两个比特进行一系列测量。研究组首先实验验证纠缠态本身不能违背Bell不等式,没有非局域性。然后,他们对A边的光子做相继测量,进行互文性检验的同时检验相应的Bell不等式。结果表明,这时Bell不等式被违背了,也就是说他们利用量子互文性产生出了量子非局域性。另一方面,这个不等式恰好可以从自由意志定理推导出来,它的违背意味着对于光子的测量结果与其历史无关。

  该项工作对于量子非局域性和量子互文性等的理解具有重要的推动作用,加深了人们对量子力学基本问题的认识。同时,实验结果也表明,一个量子系统能同时提供容错量子计算和设备无关的量子保密通讯的资源,为设计融量子计算和保密量子通讯为一体的量子系统奠定了基础。

  该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、量子信息与量子科技前沿协同创新中心的资助。

  继长三角、京津冀、珠三角争相布局量子通信产业后,中部城市——武汉杀入。

  11月22日,《量子保密通信“武合干线”项目框架协议》、《武汉量子保密通信城域网项目合作框架性协议》在武汉签署。

  其中“武合干线”是国家“量子保密通信京沪干线”项目的首条商业延伸线,该线路将成为量子保密通信服务与长江中游城市群和建设武汉城市圈节点的基础工程。

  至此,多地参与量子通信产业布局,量子通信的产业化和规模化应用又向前一步。

  明年武汉接入京沪干线

  量子保密通信“京沪干线”项目2013年经国家发展改革委正式批复立项,项目全长2000多公里,将连接北京、济南、合肥、上海等地的城域量子通信网。武汉接入后,意味着武汉跟华东地区的信息交流安全度提升。

  其中,合肥至上海段刚于近期开通,途经合肥、滁州、南京、镇江、常州、无锡、苏州、上海等11个中继站,全长712公里,是目前全球已开通的最长量子保密通信骨干网络,将为长三角地区的金融、政务等行业提供高安全通信服务。

  中国科学院院士潘建伟在第三届世界互联网大会上透露,到2016年底,量子保密通信骨干网络北京到上海的线路会完全开通。

  据《长江日报》报道, 按规划,武合干线2017年底接入国家京沪干线。项目的实施将助力武汉进入量子保密通信国家战略规划,抢占量子通信产业发展的有利位置,打造中部量子保密通信骨干网重要枢纽中心。参与建设的企业包括国科量子通信网络有限公司、科大国盾量子技术股份有限公司等。

  《武汉量子保密通信城域网项目合作框架性协议》中提到的“武汉量子保密通信城域网,将建设包括金融、政务、数据中心的量子保密通信城域网,提升武汉政务、金融等网络信息安全度。

  各地竞相布局量子通信

  2016年以来,量子通信的概念在资本市场一直热度不减。

  地方政府的热情也很高涨,浙江、山西、江西等地区将量子通信保密干线建设作为“十三五”期间的重要规划。其中浙江、安徽以及上海等地,相对武汉的布局要早很多。

  一家落户杭州的量子信息企业中层告诉21世纪经济报道记者,浙江对于量子信息产业重视程度极高,为引进他们企业,提供了非常好的环境和条件。

  2015年初,浙江省一位副省长即强调努力把浙江打造成量子通信研发和产业化重要基地。杭州的阿里巴巴集团也跟中国科学院在量子信息方面发起合作。

  2016年3月,在全国两会上,21世纪经济报道记者在旁听全国人大浙江代表团小组讨论发现,量子通信成为当天下午小组讨论最热门的议题,浙江政企界人士对相关信息敏感度极高。

  2016年6月国家发改委发布《长江三角洲城市群发展规划》,规划提出,将积极建设“京沪干线”量子通信工程,推动量子通信技术在上海、合肥、芜湖等城市使用,促进量子通信技术在政府部门、军队和金融机构的应用。

  长三角量子信息布局,更成为资本关注的热点。10月份,21世纪经济报道记者到杭州采访,全球第一条量子保密通信商用干线“沪杭干线”的开通仪式座无虚席,诸多长三角地区政府、企业和相关投资机构来了解学习。干线建设方表示,该项目拉开了量子通信商业化应用的序幕。

  现场一位浙江科技部门公务员告诉21世纪经济报道记者,他们主要想了解量子通信在政务数据安全方面的作用,政府对该领域的关注度极高。

  2016年开始,全国各地竞相布局,武汉也在争取进入量子保密通信国家战略规划,政府方面的行动从2016年初开始,企业积极性也很高。

  武汉光谷光电信息产业联盟秘书长杨春华告诉21世纪经济报道记者,年初他们就开始筹备发起总规模达10亿元的“双肇量子通信产业投资基金”。相关资金基本到位,至于基金何时成立,目前仍走相关流程。

  武汉市长万勇在年初也表态,推动量子通信项目,是武汉市争取国家重大战略项目布局的重要手段,对武汉市实施创新驱动战略,推动全面创新改革试验区建设具有重要意义。

  按照万勇的要求,市直有关部门、武汉东湖新技术开发区要高度重视,积极争取将量子通信项目作为武汉市创新改革重大事项,向国家申报。

  中国首个量子通信城域网将开建 量子通信发展再添助力

  在22日举行的2016“武汉·中国光谷”激光技术与产业发展创新论坛上,中国航天科工集团四院与有关方面签署协议,将建设首个采用量子—经典信道融合技术,涵盖金融、政务、数据中心的商用城域网。

  量子通信京沪干线再获进展 年底或贯通

  从中国科学技术大学获悉,由该校牵头承建的国家量子通信骨干网“京沪干线”项目合肥至上海段日前顺利开通。据悉,这条长达712公里的线路是目前全球已开通的最长量子保密通信骨干网络,将为长三角地区的金融、政务等行业提供高安全通信服务。

  15年打造天地一体量子互联网 量子称霸指日可待

  量子信息科学的一大重要应用就是量子计算。有专家评论,当量子计算机发展到50量子位的时候,就能实现“量子称霸”,“碾压”世界上任何传统计算机。5日,在由中国科技新闻学会主办的“2016年中国科技传播论坛”上,中科院院士潘建伟认为,第一次“量子称霸”将会成为物理学和计算机科学的里程碑,“虽然目前不能说出确切的时间,但应该为时不远”。

  我国创量子通信新世界纪录 量子保密领域获突破

  从中国科学技术大学了解到,该校潘建伟、张强、陈腾云与清华大学王向斌以及中科院上海微系统所等单位合作,近期在国际上首次实现超过400公里抵御量子黑客攻击的测量设备无关的量子密钥分发。国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》日前发表了该成果,称赞其“为量子密钥分发和量子通信最远传输纪录”。

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