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  • 量子隐形传态,实现安全地传送量子信息

    横滨国立大学研究人员实现在钻石内安全地传送量子信息,这项研究对量子信息技术(共享和存储敏感信息的未来)具有重大意义。其研究成果于2019年6月28日发表在《通信物理学》上。横滨国立大学工程学教授、该研究作者小坂秀夫(Hideo Kosaka)说:量子隐形传态允许把量子信息转移到一个原本无法进入的空间,它还允许将信息传输到量子内存中,而不会泄露或破坏存储的量子信息。

    量子隐形传态,实现安全地传送量子信息

    在这种情况下,不可接近的空间由钻石中的碳原子组成,钻石由相互连接的碳原子组成,但又各自含有碳原子,它拥有量子隐形传态的完美条件。一个碳原子的原子核里有6个质子和6个中子,周围有6个自旋电子。当原子结合成金刚石时,它们形成了一个非常坚固的晶格。然而,钻石也有复杂的缺陷,比如氮原子存在于碳原子应该存在的两个相邻空位中的一个,这种缺陷称为氮空位中心,在碳原子的包围下,氮原子的核结构产生了小纳米磁珠。

    量子隐形传态,实现安全地传送量子信息

    为了操纵氮空位中的电子和碳同位素,研究团队在钻石表面绑上了一根大约四分之一人类头发宽度的电线。将微波和无线电波应用到金属丝上,在钻石周围形成一个振荡磁场。塑造了微波,为钻石内部量子信息的传输创造了最佳、可控的条件。接着用氮纳米磁铁固定了一个电子,利用微波和无线电波,迫使电子自旋与碳核自旋纠缠在一起——电子和碳原子原子核的角动量。电子自旋在纳米磁珠产生的磁场中分解,使其易于纠缠。

    量子隐形传态,实现安全地传送量子信息

    一旦这两部分纠缠在一起,也就是说它们的物理特性纠缠在一起,无法单独描述,就会引入一个包含量子信息的光子,电子就会吸收光子。这种吸收允许光子的偏振态被转移到碳中,而碳是由纠缠电子介导的,这表明了信息在量子水平上的隐形传输。光子存储在另一个节点的成功,建立了两个相邻节点之间的纠缠。这一过程被称为量子中继器,它可以在量子场中从一个节点接收到另一个节点的单个信息块。最终目标是实现可伸缩的量子中继器,用于长距离量子通信,分布式量子计算机用于大规模量子计算和计量。

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