中国科技大学潘建伟教授在量子信息实验领域取得重大突破

――我多粒子纠缠态研究进入国际领先水平

７月1日，国际最权威的学术刊物《自然》杂志发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）潘建伟教授等完成的重大研究成果：五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐形传输的实验实现，这是该杂志继去年5月22日以封面文章的形式发表潘建伟等关于任意纠缠态纯化后又一次发表他们的重大成果。该成果再次表明，我国在多粒子纠缠态的研究方面成功超越了美、法和奥地利等发达国家，进入国际领先水平。

《自然》杂志称赞说，“尽管五粒子纠缠以及终端开放的量子态隐形传输的实现非常困难，但是中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举，他们的实验方法将在量子计算和网络化的量子通信中有重要的应用”。

“多粒子纠缠态的制备与操纵”是近年来国际上蓬勃发展的量子物理与量子信息研究领域长盛不衰的研究热点。此前，三粒子和四粒子之间的量子纠缠已在实验上得到了实现，并被用来证明量子力学的非定域性，即一种被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”。但是，当人们对这一奇异现象已逐渐习以为常的时候，在现实世界中，如何把量子纠缠应用到量子计算和量子通信中还面临着巨大挑战。为确保量子计算的可靠性，就必须掌握量子纠错这一最关键的技术。但要实现普遍适用的量子纠错，仅仅靠三粒子和四粒子之间的纠缠已无法满足需要，须得同时把五个粒子纠缠起来，并加以相干控制才行。这在技术上难度极大，因此五粒子纠缠态的制备与操纵一直是国际上长期以来公认的高难课题。

潘建伟教授和他的同事杨涛、赵志等在中国科学院知识创新工程、科技部“973”计划和国家自然科学基金委项目支持下，经三年艰苦努力，终于攻克了种种技术难关，在国际上首次实现了“五粒子纠缠态的制备与操纵”。他们还利用五光子纠缠源在实验上演示了一种更新颖的量子态隐形传输，即“终端开放”的量子态隐形传输。实验中，他们在不确定选择某个粒子作为量子态输出终端的情况下，先将一个粒子的量子态隐形传输到另外多个纠缠着的粒子上，尽管这些粒子分别在相距遥远的不同地点，但他们发现只要通过适当操作，仍可将输入的量子态在任意选定的一个粒子上读出。这种新颖的量子隐形传输态正是量子纠错和分布式量子信息处理中必须掌握的一项关键技术。

目前，潘建伟教授等的上述成就已引起众多国际同行的广泛关注，他们评价说，“这是多粒子纠缠态实验研究上的重大突破，将极大地推动量子纠错和网络化量子信息处理的实验探索”；“这一成果是非凡的，不仅将引起同行的极大兴趣，而且也必将引起公众的广泛关注”。

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（1）量子纠缠：

量子信息学告诉人们：为了进行远距离的量子密码通信或量子态隐形传输，人们需要事先让距离遥远的两地共同拥有最大的“量子纠缠态”。所谓“量子纠缠”是指不论两个粒子间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象，即两个粒子之间不论相距多远，从根本上讲它们还是相互联系的。科学家们认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和“万无一失”的量子保密系统的基础。

但由于在量子通信通道中存在种种不可避免的环境噪声，“量子纠缠态”的品质会随着传送距离的增加而逐渐降低，也就是说，两个粒子之间的纠缠会因传播距离的增大而不断退化，其纠缠数量也会随之越来越少。这是导致量子通信手段目前只能停留在短距离应用上的根本原因。

（2）潘建伟小资料