44公里持续远距离量子隐形传态实现，量子互联网变时代不再遥远

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量子计算机被誉为计算的未来，其更快、更安全和大规模先进功能的魅力在过去十年中引领了量子市场的快速增长。最近，美国能源部的费米实验室、卡尔加里大学及其合作伙伴声称成功完成了首次远距离量子隐形传态，这一突破可能为量子互联网成为现实铺平了道路，结果发表在PRX Quantum上。

传统计算机的工作原理通过使用称为“开”或“关”的输入来工作，这些输入被分配了数字“1”或“ 0”。 通过这些输入，计算机可以快速处理大量的计算，通过在计算机芯片中插入更多的开关1或0，可以提高计算机芯片的处理能力。将量子态引入后，与标准的两种状态相比，量子态存在三种状态。在计算机中，他们可以为1、0或同时为两者的叠加，代表了一种称为量子比特的不同类型的输入，构成了量子计算的基础。

为了实现完整的量子互联网，这些量子比特必须从一台设备远距离传输到另一台设备，就像“普通”互联网的工作方式一样。量子粒子具有彼此链接、“纠缠”在一起的奇特能力。通过量子纠缠，位于不同位置的两个粒子通过一种看不见的力连接在一起，这种力被爱因斯坦称为“远距离的幽灵行为”。不管距离有多远，“纠缠”的一对粒子共享的编码信息都可以在它们之间传递。通过共享这些量子位，研究人员希望创建能够以惊人的速度共享信息的量子计算机网络。但与所有量子一样，数据的移动远比简单地通过以太网电缆传输复杂得多，在长距离内保持信息流的稳定是极其困难的。

纠缠在一起的一对粒子在两个不同的位置分裂，理论上讲，它们之间就有可能远距离传输信息。然而，许多问题阻碍了量子隐形传态的实现。例如，有一种不可克隆定理认为不能精确复制量子信息，因此远距离传输可能是不可靠的。在量子互联网成为现实之前，还有一段路要走。量子粒子的研究和测量仍然非常困难，在可靠的数据传输之前，还必须提高保真度。除此之外，这样的网络几乎肯定会非常昂贵，因此在不久的将来全部实现量子互联网是不可行的。尽管如此，实现量子隐形传态是一项利用纠缠技术使量子比特通过最先进的光纤网络的壮举，卡尔加里大学的研究人员曾经实现六公里的量子隐形传态。

最近，研究人员通过使用现成的技术，成功地在44公里长的光纤上传输了量子比特，终于完成了远距离量子隐形传态，而且保真度即信息的“精确程度”达到了90%。研究人员认为，这是计算和通信迈向未来的重要一步，为一个可行的量子互联网奠定了基础。量子互联网通过纠缠在远距离上共享存储在量子位中的信息，从而可以改变数据存储、精密传感和计算领域，使数据传输更快、更安全，甚至可能无法被窃取。从传统计算机到量子计算机的转变是许多研究人员的梦想，现在越来越有可能将其变为现实。

参考文献：Teleportation Systems Toward a Quantum Internet，PRX Quantum，2020，1（2）, 020317。

责编：朱张航宇