中國科大微尺度物質
科學國家
實驗室潘建偉和他的同事陳宇翱、苑震聲等在國際上首次實驗實現了
光子比特與
原子比特之間的
量子態隱形傳輸。該項研究成果以封面標題的形式發表在2月1日出版的
英國《
自然》雜志子刊《自然?物理》上。
眾所周知，量子態非常容易被
環境噪聲所破壞，在對量子態的傳輸、操縱和存儲等操作中，不同的物理系統有不同的優勢。光子飛行速度快并與環境耦合作用小，是量子通信中最好的信息載體，但是光子很難被存儲；相比而言，原子態有很長的退相干時間，可用來存儲量子態。兩個系統如果能夠相互轉換，將對遠距離量子通信和大尺度的量子計算帶來極大的推動。因此，實現連接這兩個系統的量子界面已經成為量子信息處理中重大的實驗挑戰。
在不破壞其量子特性的情況下，將飛行（光）量子比特所載信息傳送到靜止（原子）量子比特上，并在需要時成功讀取原子量子比特內存儲的信息，這一技術將是未來量子信息處理中的重要組成部分。
如何實現上述目標呢？在經典的世界中人們可以復制并傳輸信息，日常生活中我們每天都會用到，比如傳真機。而在量子世界中，量子信息只能由載體傳遞，不能被復制，無法使用類似傳真的普通傳輸方式。在傳遞信息的過程中，量子隱形傳態無須復制所傳信息，而是提供了一種傳遞量子信息的方法，這也是量子糾纏在實際應用中最引人注目的方案之一。量子隱形傳態是很多量子通信和量子計算的基礎步驟。
盡管量子隱形傳態和量子存儲已經分別在以前的實驗中被實現，然而如何進行內嵌存儲功能的量子隱形傳態，始終是量子信息處理的一大難題。
潘建偉領導的中國科大研究小組在國家自然科學基金、科技部973計劃、中國科學院知識創新項目等的支持下，同德國、奧地利等國的同事合作對這一難題 進行了近四年的艱苦研究，最近他們成功地將一個未知光量子態隱形傳輸到原子比特上，并在存儲8微秒后，再將原子態轉換為光子態。
在實驗中，他們利用極化光子態作為量子信息的載體，利用由大約1百萬銣原子構成的冷原子系綜作為量子存儲器，制備了光子與原子系綜態之間的糾纏。通過這個光子－原子糾纏源，進行了光量子比特到遠程原子比特的量子態隱形傳輸。傳輸到原子比特的量子信息在存儲了8微秒后，被成功地轉換為光量子態以作進一步的量子信息處理。
內嵌存儲功能的量子態隱形傳輸對基礎量子物理的研究意義重大，同時具有可讀功能的量子存儲器也是實現高速可升級量子信息網絡的必要器件。因此，潘建偉等的這一工作，引起了國際學術界的廣泛關注。論文發表后，已有多家歐美知名學術新聞網站和廣播電臺對這個工作做了專題報道。
原文發表于2008年2月2日