【解放日报】量子通讯科研有何新打破

  ■林梅博士以为，在未来可行性验证方面，我国科大团队构建的城域三节点量子网络优于哈佛团队树立的光纤链路。由于后者只要两个节点，而网络雏形至少要包括三个节点，这样才能够验证其通讯切换的功用——当A、B两个用户在运用量子网络进行通讯时，C用户可随时切入，与A或B用户进行通讯

  最近，我国科技大学、哈佛大学的量子通讯论文在同一期《天然》杂志宣布，引发业界和社会重视。依托我国科大组成的我国科学院量子信息与量子科学技能创新研讨院潘建伟、包小辉、张强等科研人员构建了全球首个依据量子羁绊的城域三节点量子网络；哈佛大学米哈伊尔·卢金团队运用波士顿区域的电信光纤，初次在金刚石SiV（硅空位）色心系统中完成了双节点远间隔量子羁绊，光纤间隔到达35公里左右。

  这两项科研打破背面的科学原理是什么？哪个效果的水平更高？有什么运用价值？记者正常采访了我国科大专家团队。

  量子通讯的科学原理源于量子力学，这是与经典力学差异很大的物理学分支，也是迄今为止描绘微观世界最准确的理论。专业的人介绍，一个物理量若无法接连改变，只能取一些分立的值，这个量便是量子化的。微观世界里的物理量好像都能接连改变，但在微观世界里，许多物理量是量子化的，即存在一个最小的单位，不能再往下切割。

  经典力学描绘一个微观物体的状况，会给出它的清晰方位。而量子力学描绘一个微观粒子的状况，给出的是叠加态——这个粒子在某些情况下既或许在这儿，也或许在那里，没有确认方位。比如孙悟空的兼顾术，它能一起出现在多个当地，各个兼顾就像是孙悟空的叠加态。

  在通讯范畴，经典通讯的信号只要0和1，量子通讯不只要信号0和1，还有0+1、0-1等量子叠加态。这种叠加原理导致了量子不行克隆原理：在量子力学中，不或许完成对一个不知道量子态的准确仿制。这是量子通讯到达“无条件安全”的根底。

  任何经典通讯都存在被偷听的或许。偷听时，0和1这两种信号不会被扰动，所以通讯两边无法发觉。而量子通讯能够将信息编码，加载到单个光子的量子叠加态的偏振方向上。单光子是光能量的最小组成单元，不能再切割，其量子状况无法被准确仿制，任何偷听行为都会对其形成扰动，被通讯两边发觉。经过量子态传输，通讯两边洽谈生成量子密钥，再加上对信息进行“一次一密”的加密维护，可完成信息在传输中的彻底随机、不行破译，从根本上保证通讯安全。

  “在量子信息范畴，羁绊是十分名贵的资源。量子通讯中，量子密钥分发是运用羁绊的非定域性，经过比对发送方和接收方手中羁绊的丈量效果，确认密钥的安全性。”我国科大博士、“墨子沙龙”科普作家林梅说，当几个微观粒子互相相互作用后，各个粒子的特性会综组成全体性质，无法描绘单个粒子的性质，此现状被称为“量子羁绊”。

  最近宣布于《天然》的我国科大效果，是研讨团队运用冷原子系综，初次经过单光子干与在独立存储节点间树立量子羁绊，并在此根底上构建了全球首个依据羁绊的城域多节点量子网络，将量子羁绊网络试验的间隔由几十米延长到几十公里。

  羁绊功率是量子羁绊网络试验的重要目标，与哈佛大学团队在《天然》上宣布的效果比较，我国科大效果的羁绊功率高两个数量级以上，优势显着。

  哈佛团队获得的重要打破是：初次在SiV色心系统完成了双节点远间隔羁绊。与我国科大的几十公里羁绊网络水平附近，哈佛团队先让两个量子存储节点羁绊在一起，再经过光纤链路将这两个节点分隔，布置在穿过剑桥、萨默维尔、沃特敦和波士顿的约35公里环路上。这在某种程度上预示着，他们也完成了城域等级的量子通讯。

  波士顿区域的两个量子存储节点都由金刚石薄片制成，其内部原子结构中有一个缺点，称为SiV中心。运用SiV中心作为单光子的量子回忆设备，是哈佛团队研讨多年的技能道路。它处理了量子互联网理论中的一个难题——无法以传统方法增强信号。依据量子不行克隆原理，一个不知道量子态不或许被准确仿制，所以量子网络无法选用光纤信号中继器，导致数据很难长间隔传输。

  依据SiV中心的量子网络节点不只能捕获、存储和羁绊量子信息位，还能纠正信号丢掉，让长间隔数据传输成为或许。哈佛团队已将演示网络安装在现有光纤上，展现了创立具有相似网络线路的量子互联网的可行性。

  林梅博士以为，在未来可行性验证方面，我国科大团队构建的城域三节点量子网络优于哈佛团队树立的光纤链路。由于后者只要两个节点，而网络雏形至少要包括三个节点，这样才能够验证其通讯切换的功用——当A、B两个用户在运用量子网络进行通讯时，C用户可随时切入，与A或B用户进行通讯。