中科大“多自由度量子隐形传态”问鼎国际物理学年度十大突破

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2015-12-12 17:52 来源:澎湃新闻

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新华网北京12月12日消息,12月11日,欧洲物理学会新闻网站“物理世界”公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破,中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等完成的科研成果“多自由度量子隐形传态”入选并名列榜首。此外,中科院物理所研究团队的“外尔费米子研究”也入选其中。
据了解,潘建伟研究团队在国际上首次成功实现了“多自由度量子体系的隐形传态”,这项工作打破了国际学术界从1997年以来只能传输基本粒子单一自由度的局限,为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。
今年2月,国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式对该成果进行了重点推介,国际量子光学专家沃尔夫冈·迪特尔教授在同期《自然》撰文评论,认为其“为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步,并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。
据介绍,欧洲物理学会“物理世界”网站每年年底会组织评选出十项在世界范围内引起轰动的物理学成果。
中科院物理所研究团队的“外尔费米子研究”,与美国普林斯顿大学以及麻省理工学院研究共同算入同类研究,也列入十大突破。外尔费米子(Weyl fermions)是一种无质量且具有“手性”的电子,未来将可能在量子计算机、低能耗器件等方面有重要应用。
1929年德国科学家外尔提出——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。通过对拓扑半金属材料进一步的深入研究,中科院物理所方忠团队预言了在TaAs等材料体系中可实现两种“手性”电子的分离,并且这一系列材料更利于实验测量验证。随后国内外多个研究组开始了竞赛般的实验验证工作。2015年初中科院物理所实验团队成功在TaAs晶体中发现了这类特殊的电子,外尔费米子终于第一次展现在科学家面前。
【量子隐形传态是啥?】
今年2月26日,《自然》杂志发表封面文章,介绍了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究。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。
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”。
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。
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,首次实现让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。
责任编辑:薛冬霞澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 中科大,国际物理学

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