2015年国际物理学十项重大突破公布

量子瞬间传输，中国人又近了一步

今年2月，国际权威学术期刊《自然》杂志以封面标题的形式对该成果进行了重点推介。通俗地说，这一技术可以让科学家在异地瞬间获知粒子状态，从而开启了瞬间传输技术的大门。

在今年3月5日的政协小组会上，全国政协委员潘建伟用一个比喻向《科技日报》解释了这项研究：“从合肥带到北京一个保险箱，钥匙忘带了。于是我请合肥的同事测量一下钥匙，告诉我；我在北京复制它。”

理论基础：量子纠缠

要想弄清楚“量子隐形传态”的原理，就绕不开“量子纠缠”的概念。量子纠缠是指相距遥远的两个量子所呈现出得关联性。科学家早就发现，处于特定系统中的两个或多个量子，即使相距遥远也总是呈现出相同的状态，当其中一个量子状态改变时，其他量子也会随之改变。

爱因斯坦曾把量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用”，不过观察者网曾经报道，科学家如今认为，量子纠缠其实也是需要信道的，潘建伟教授的项目组2013年也测出，量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。

这就是量子隐形传态的理论基础。在量子纠缠的帮助下，带传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制，因此就相当于科幻小说中描写的“超时空传输”，量子在一个地方神秘地消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方神秘地出现。

技术突破：非摧毁性测量

但想测量一下光子，再让远方复制，实现起来是非常困难的。由于太小，光子“一触而溃”，再精细的测量也让它面目全非。

中科大网站介绍说，1997年，国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证，该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

然而，以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限，即只能传输单个自由度的量子状态，而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的基本粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。

潘建伟对科技日报介绍说：“测量一个自由度，不干扰其他自由度，很困难。好比测量身高，尺子一拉，体重就受了影响。”

中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力，研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件，突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限，搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台，从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。

据中科大新闻网报道，该实验成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价，他们一致称赞该工作“绝对新颖、重要，处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿，可以认为是一个伟大的成就”、“在1997年单个自由度量子隐形传态实验实现的18年之后，这个工作从基本概念上将量子隐形传态提升到了一个新的水平”、“非常有趣，意义重大，且具有极其苛刻的技术难度”。

“外尔费米子研究”也入选

另据《科技日报》报道，1929年德国科学家外尔Weyl提出——存在一种无“质量”的可以分为左旋和右旋两种不同“手性”的电子，这种电子被称为“外尔费米子”。但是80多年来，科学家们一直没有能够找到合适的材料，可在实验中观测到外尔费米子的存在。