芯片之間首次實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，Nature子刊新研究打開(kāi)量子互聯(lián)網(wǎng)大門 | 華人一作

十三 2019-12-30 13:20:34 來(lái)源：量子位

十三 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

量子信息技術(shù)很重要，現(xiàn)在大家都知道。

例如，量子計(jì)算機(jī)可能解決目前超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題，而量子互聯(lián)網(wǎng)可能最終保護(hù)世界信息免受惡意攻擊。

然而，這些技術(shù)都依賴于“量子信息”?，這些信息通常編碼在單個(gè)量子粒子中，極難控制和測(cè)量。

而最近，來(lái)自英國(guó)布里斯托大學(xué)和丹麥技術(shù)大學(xué)的科學(xué)家們，首次實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)計(jì)算機(jī)芯片之間的量子隱形傳態(tài)。

也就是說(shuō)，在不需要任何物理和電子連接的情況下，信息能夠從一個(gè)芯片即時(shí)傳送到另一個(gè)芯片。

這一壯舉可謂是為量子計(jì)算機(jī)和量子互聯(lián)網(wǎng)打開(kāi)了大門。

因此，也發(fā)表在了Nature子刊。

“幽靈般的超距作用”更加逼近現(xiàn)實(shí)

這種隱形傳態(tài)是通過(guò)一種叫做量子糾纏的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)。

在這種現(xiàn)象中，兩個(gè)粒子糾纏在一起，這樣它們就可以遠(yuǎn)距離“交流”。

而無(wú)論兩個(gè)粒子之間的距離有多遠(yuǎn)，改變其中一個(gè)粒子的性質(zhì)，另一個(gè)粒子也會(huì)立即發(fā)生改變。因此，信息在它們之間發(fā)生了傳遞。

理論上，量子隱形傳態(tài)的運(yùn)行距離是無(wú)限的，這就引出了一些奇怪的推論，甚至連愛(ài)因斯坦自己都感到困惑。

我們目前對(duì)物理學(xué)的理解是，沒(méi)有什么東西能比光速更快。

然而，隨著量子隱形傳態(tài)的出現(xiàn)，信息似乎打破了這個(gè)速度限制。

愛(ài)因斯坦稱之為幽靈般的超距作用。

此次的新研究，讓這一現(xiàn)象更加接近現(xiàn)實(shí)。

△芯片間的量子隱形傳態(tài)和多光子多量子位糾纏

團(tuán)隊(duì)在芯片上產(chǎn)生了糾纏的光子對(duì)，然后對(duì)其中一個(gè)量子進(jìn)行了測(cè)量。

這種觀察會(huì)改變光子的狀態(tài)，然后將這些改變立即應(yīng)用于另一個(gè)芯片中的配對(duì)光子。

研究的合著者Dan Llewellyn說(shuō)：

我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中演示兩個(gè)芯片之間的高質(zhì)量糾纏鏈接，其中每個(gè)芯片上的光子共享一個(gè)量子態(tài)。

然后對(duì)每個(gè)芯片進(jìn)行完全編程，用來(lái)執(zhí)行一系列利用糾纏的演示。

最重要的演示是一個(gè)雙芯片隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，在量子測(cè)量完成后，粒子的單個(gè)量子態(tài)被傳送到兩個(gè)芯片上。

傳送的成功率達(dá)到了91%，并成功完成了對(duì)量子計(jì)算來(lái)說(shuō)非常重要的其他功能。

例如，糾纏交換，以及最多同時(shí)糾纏4個(gè)光子等。

打開(kāi)量子量子計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)大門

當(dāng)然，在傳送距離這個(gè)點(diǎn)上，以前實(shí)驗(yàn)中距離要遠(yuǎn)得多。

首先是在一個(gè)房間里的傳送，然后是25公里、100公里，最后通過(guò)衛(wèi)星傳送超過(guò)1200公里。

也有在單個(gè)計(jì)算機(jī)芯片不同位置之間實(shí)現(xiàn)過(guò)信息傳送。

但在兩個(gè)不同芯片之間進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸是量子計(jì)算的重大突破。

正如論文通訊作者、北京大學(xué)王劍威(Jianwei Wang)博士所說(shuō)：

量子光子器件和傳統(tǒng)電子控制的單一硅芯片集成，將為完全基于芯片的CMOS兼容的量子通信和信息處理網(wǎng)絡(luò)打開(kāi)大門。

作者簡(jiǎn)介

王劍威

2008年本科畢業(yè)于浙江大學(xué)，2015年在英國(guó)布里斯托大學(xué)物理系獲得博士學(xué)位，之后留校從事博士后研究工作。

Yunhong Ding

2006年本科畢業(yè)于華中科技大學(xué)，2011年在丹麥技術(shù)大學(xué)獲得博士學(xué)位。之后在丹麥技術(shù)大學(xué)從事研究工作，2017年成為助理教授。2018年10月創(chuàng)辦了一家名為SiPhotonIC ApS芯片公司。

Daniel Llewellyn

英國(guó)布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，威廉物理實(shí)驗(yàn)室和電子電氣工程系。

Imad I. Faruque

英國(guó)布里斯托大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，威廉物理實(shí)驗(yàn)室和電子電氣工程系。

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Nature：
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x

博客：
https://newatlas.com/quantum-computing/quantum-teleportation-computer-chips/