關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
量子糾纏，即兩個或多個物體透過一種看不見的連線聯絡在一起，具有一些著名的怪異效應。正如量子研究員安東·塞林格所說，糾纏可以被認為是一對總是擲出相同數字的骰子。
這種糾纏最引人入勝的應用之一是量子隱形傳輸，其中粒子或原子的量子態被轉移到其糾纏的夥伴，即使它們在物理上是分離的。這種量子資訊的傳遞可以構成長距離量子通訊通道的骨幹，但這樣的網路仍然遙遙無期。
然而，一組研究人員今天在《科學》雜誌上報道說，他們在量子隱形傳輸方面取得了進展，從而在通訊方面也取得了進展。由馬里蘭大學帕克分校的物理學研究生史蒂文·奧爾姆申克領導的團隊成功地在相距三英尺（一米）的鐿離子（帶電原子）之間進行了量子資訊傳輸。
量子隱形傳輸已經在宏觀距離上得到了證明——至少在一個案例中達到數百米——對於光子，即電磁輻射的基本粒子，但是離子是量子儲存的更好候選者，因為它們可以相對較長時間地儲存資訊。（該研究的合著者，也是離子陷阱研究小組的負責人克里斯托弗·門羅，奧爾姆申克和其他幾位合著者都屬於該小組，去年在《大眾科學》上撰寫了關於離子作為量子位元的潛力。）量子資訊系統的根本優勢在於，傳統的數字位元可以是0或1，而量子位元可以同時處於0和1的所謂疊加態。
資訊透過將量子資訊編碼到第一個離子上，從一個離子傳輸到另一個離子。一旦離子與另一個離子糾纏，每個離子的狀態都是不確定的，直到第一個離子被測量——這個動作將另一個離子投影到兩種狀態之一。傳統的（非量子）通訊通道中繼從第一個離子的測量中收集的資訊，以確定這兩個狀態中的哪個是正確的，然後使用微波能量脈衝將第二個離子設定為表示編碼在第一個離子上的資訊的狀態。
“我們將資訊寫入第一個離子，我們執行這個隱形傳輸協議，它將資訊轉移到第二個離子，”奧爾姆申克解釋說。他指出，這是首次在兩個相距很遠的物質量子位元之間進行的隱形傳輸實驗。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的物理學教授保羅·克維亞特表示，量子儲存的潛在量子位元之間的遠距離隱形傳輸無疑是一個里程碑。“隱形傳輸的重點是讓資訊遠離，”克維亞特說，他指出，在之前使用物質量子位元進行的微米級隱形傳輸演示中，研究人員可能更傾向於直接將量子位元從一個點物理地移動到另一個點。（一微米是百萬分之一米，或大約二十五分之一英寸。）
在量子儲存位元之間傳輸資訊的能力可以構成所謂的量子中繼器的基礎，即沿線中繼資料的點對點網路。“我們的想法是在某種意義上增強沿途的資訊——將其傳送到很短的距離，然後在某種意義上將其放大，並一次又一次地傳送以完成長距離的傳輸，”奧爾姆申克說。
克維亞特還認為這項工作可以在量子通訊中找到應用，作為量子處理器之間的連線。但他希望看到該系統提高到更高的執行速度——在目前的形式下，要確保一對離子之間的糾纏平均需要12分鐘，或者大約嘗試3000萬次。
奧爾姆申克同意。“如果你想將它用於真正的量子通訊目的，”他說，“我們希望它快得多。” 為此，他說，在收集和檢測離子發射的光子方面進行小的改進（這些光子用於建立離子之間的糾纏）可以大大提高隱形傳輸效率。