揭秘量子密码、量子纠缠与量子隐形传态

以光子的偏振态为例,对量子力学、量子态、量子密码、量子纠缠和量子隐形传态作简要通俗而又力求准确的介绍。首先通过与经典物理的对比,引进量子力学的基本思想和量子态的基本涵义;接着介绍量子密码的BB84量子密钥分配方案;然后介绍量子纠缠,强调它不违反相对论。在此基础上,介绍了量子隐形传态,强调了经典通信在这个过程中的必不可少。     

高维度量子隐形传态首次实现

<正>日前,我国科学家在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态,为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础,被称为"量子通信领域的一个里程碑"。量子隐形传态,是一种全新的通信方式。它能借助量子纠缠这一特性,将未知的量子态传输到遥远的地点,而不用传送物质本身,是远距离量子通信和分布式     

潘建伟院士

2012年8月9日，国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式，发表了中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟团队的研究新成果：他们在国际上首次成功地实现了百千米量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发。团队的领军人物、中国科学院迄今最年轻的院士潘建伟兴奋地说：“由于自由空间信道的损耗小，借助卫星将有可能实现在全球尺度上进行超远距离量子通信的梦想。”这个“量子梦”已在他心中做了十多年。如今，这个梦想在潘建伟和其他团队成员的努力下，正一步步变为现实。     

潘建伟院士心中的“量子梦”

2012年8月9日,国际权威学术期刊《自然》以封面标题的形式,发表了中国科技大学合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟团队的研究新成果:他们在国际上首次成功地实现了百千米量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发.团队的领军人物、中国科学院迄今最年轻的院士潘建伟兴奋地说:"由于自由空间信道的损耗小,借助卫星将有可能实现在全球尺度上进行超远距离量子通信的梦想."这个"量子梦"已在他心中做了十多年.     

为中国“点赞”

<正>中国于2016年8月16日成功发射全球首颗量子科学实验卫星,引发了全球科技界的关注和热议。这不再只是一个中国的科研大事,因为它所获得的任何成果,必将是世界性的。中国此次发射量子卫星的主要任务,是执行星地高速量子密钥分发、广域量子通信网络、星地量子纠缠分发以及地星量子隐形传态等多项科学实验任务。这都是量子信息技术的最前沿研究,自然是举世瞩目。9月15日晚,正值中秋月圆夜,天涯共此时,中国天宫二号空间实验室成功"飞天",叩开了中国空间站时代的大门。全球业     

一类普适的量子密码相干光源

提出了普适量子密码相干光源的概念. 在量子密码领域, 弱相干态(WCP)和标记单光子态(HSPS)是目前最为常用的量子光源. 但是, 利用这两种光源和诱骗态(Decoy)方法相结合进行量子密钥分配时, 在密钥传输的最大安全距离及中短距离密钥生成率上各有优劣. 本文证明了利用标记配对相干态(HPCS)进行诱骗态编码, 在保证密钥最大安全传输距离的同时, 还可以提高中短距离的密钥率. 另外还证明了这种特性并不局限于所使用的具体密码协议, 对于BB84协议和SARG协议, HPCS+Decoy方案均可以提供比较理想的密钥生成率. 最后, 给出了一个有效可行的基于HPCS源的“1信号+2诱骗”的诱骗态编码方案.     

用控制非(CNOT)门组合法制备核自旋系综的有效纯态

核磁共振（NMR）是研究量子计算的实验方法之一，大多数用核自旋系综实现的量子算法的初始态均为有效纯态，因而制备出有效纯态是进行核磁共振量子计算的基础，迄今为止，如何制备有效纯态已提出了多种方案，根据控制非（CNOT）门组合法的理论，分析了奇数位和偶数位量子体系制备有效纯态的特点，并设计了制备4量子位核自旋体系有效纯态的脉冲程序，在实验上获得了实现，这种方法减少了实验的复杂程度，并具有较高的信噪比。     

光子纠缠和量子计算领域的两项世界纪录

据国家自然科学基金委员会2007年2月8日报道．中科大微尺度物质科学国家实验室的工作人员潘建伟和同事杨涛、陆朝阳等，最近通过实验成功制备出国际上纠缠光子数最多的薛定谔猫态和可直接用于量子计算的簇态，刷新光子纠缠和量子计算领域的两项世界纪录。该项研究成果以封面标题的形式发表在最新一期英国胁ture子刊Nature Physics上。审稿人评价其是“光学量子计算领域至今最先进的实验工作”，“为量子计算、量子纠错和量子力学基本问题的研究铺平了道路”。     

2015年度中国科学十大进展发布

2016年2月25日,科学技术部基础研究管理中心召开"2015年度中国科学十大进展解读会",公布了2015年度中国科学十大进展遴选结果:实现单光子多自由度量子隐形传态、理论预言并实验验证外尔半金属的存在、揭示埃博拉病毒演化及遗传多样性特征、实现对反物质间相互作用力的测量、探测到宇宙早期最亮中心黑洞质量最大的类星体、发现东亚最早的现代人化石、揭示人类原始生殖细胞基因表达与表观遗传调控特征、解析细胞炎性坏死的关键分子机制、研制出碳基高效光解     

中国科学家利用量子模拟证实“任意子”服从分数统计

1月23日出版的《物理评论快报》上发表了中国科技大学潘建伟教授和他的同事陈增兵、陆朝阳等的研究论文,在国际上首次通过操纵多光子纠缠态和量子模     

关于四阶最小测不准态

场力学量的高阶量子涨落在量子光学中是一个十分重要的物理概念.在普通二阶情况下,真空态和Glauber相干态是场共轭力学量算符X_1＝(a a~ )/2~(1/2),x_2＝(a-a~ )/l(2)~(1/2)的最小测不准态,这是人们熟知的事实,这里a,a~ 为场玻色子湮没和产生算符.但是,它们并非是高阶最小测不准态.在高阶情况下,尽管几个较低阶的最小测不准乘积能够通过数值变分迭代机制求出,但是与之相     

量子密码技术与通信安全

2004年6月3日,世界上第一个量子密码通信网络在美国马萨诸塞州剑桥城正式投入运行。主持这套网络建设的是美国BBN技术公司。新的量子密码通信网络已成功地实现了该公司与哈佛大学之间的连接,不久将延伸至波士顿大学。新的量子密码通信网络与现有因特网技术完全兼容,网络传输距离约为10公里。这个由美国BBN技术公司研发的量子密码通信网络和现有的宽带网并没有太大的不同——采用普通光纤传输数据,并且     

固态量子存储

实用化量子网络的构建依赖于量子存储器的物理实现, 利用量子存储器还可获得确定性的单光子源和纠缠光源, 为量子计算实现量子比特操作的时间同步. 基于稀土掺杂晶体的固态量子存储器, 自2008年首次实现单光子存储后, 实验技术迅速突破, 已成为国际上性能最优秀的量子存储器件之一. 本文介绍量子存储器性能的评价指标, 回顾近5年固态量子存储的实验进展, 并讨论固态量子存储器作为一种可灵活编程的介质在光学及基础物理理论检验等领域的应用.     

超导体和超流态领域的成就——2003年诺贝尔物理学奖

维塔利·金茨堡1916年生于莫斯科,1938年毕业于莫斯科大学物理系,1940年进入俄罗斯科学院理论物理研究所工作.1942年获物理学博士学位.1966年当选前苏联抖学院院士 2003年10月7日瑞典皇家科学院宣布将本年度的诺贝尔物理学奖授予俄罗斯人金茨堡、美籍俄罗斯人阿布里科索夫、美籍英国人莱格特。获此殊荣是因为三位科学家在有关超导体和超流态的量子物理学领域所做出的贡献。     

评“量子信息技术纵览”

量子信息科学诞生于20世纪80年代,在90年代初期Shor提出量子并行算法之后获得飞速的发展,迄今方兴未艾.我国量子信息的发展源于20世纪90年代初期,当时只有中国科学技术大学一个研究组致力于此方向研究.在量子信息领域,国内学者最早(1997年)发表在Physical     

量子密码学的理论基础

世界上有两门学问公认比较难:一门是密码学,一门是量子物理.难的原因完全不同:密码学难是因为世界上有人太聪明,难在巧夺天工的构造和叹为观止的分析;量子物理难是因为大自然深奥难测,其微观规律远离人们的直觉,难在真正的理解和把握.玻尔(N.Bohr)曾经说过:一条深刻真理的反面可能是另一条深刻的真理.这句话集中体现了量子物理的辩证本质.量子密码学要把两者结合起来,其难度可想而知.     

量子测量的态关联与波包扁缩的动力学模型

最近,由于介观物理中部分相干性和量子宇宙学的研究,量子测量理论又重新引起人们的重视.在新的研究中,人们不再限于无休止的哲学争论,而是从具体的模型出发.逐步逼近现实测量的动力学理论描述.最近,本文作者之一(孙昌璞)在Hepp的量子测量动力学模型基础上成功地建立了同时描述经典和宏观仪器导致的波包扁缩的综合模型.然而与原来的Hepp模型及其推广一样.这一模型仍然不能恰如其份地描述测量过程的典型特     

非绝热和乐量子计算研究进展

量子计算的实际应用依赖于高保真度的量子门,而获得高保真度量子门所面临的两个主要挑战是克服系统的控制误差和环境噪声.几何相仅依赖于系统的演化路径而与演化速度等细节无关,因此基于几何相设计的量子门具有对控制误差的鲁棒性.特别是,基于非绝热非阿贝尔几何相设计的非绝热和乐(holonomic)门具有完全的几何性质并且不受绝热条件的限制,受到了人们的广泛关注.自2012年首次提出以来,非绝热和乐量子计算取得了很大的进展:人们逐步改进了非绝热和乐量子计算的设计理论,使得非绝热和乐门的设计不断优化;发展了抗退相干的非绝热和乐量子计算,使得量子门既能抵抗控制误差又能抵抗退相干;构建了基于各种具体物理系统的非绝热和乐量子计算方案,并且在实验上成功演示了非绝热和乐门.本文回顾了非绝热和乐量子计算的主要理论进展,并简要介绍了物理实现和实验工作.     

非对称耦合双阱中电子能级共振耦合的荧光特征

半导体量子阱间的能级共振耦合及载流子共振隧穿是人们非常感兴趣的基本量子物理问题,而且它们有着重要的量子电子器件应用价值。由两个相互之间有耦合作用的量子阱组成的双阱结构是一个最简单的耦合量子阱系统。两个阱可以是相同的,也可以是不同的。由两个相同量子阱构成的对称耦合双阱系统,在通常情况下其能态是扩展的,形成一个对称态和一个反对称态;而由两个不同量子阱构成的非对称耦合双阱系统,在通常情况下其能态是局域     

中国科学技术大学实现麦克斯韦妖式量子算法冷却

正【本刊讯】近期,中国科学技术大学中科院量子信息重点实验室李传锋研究组在量子冷却的研究中取得重要进展。研究组与哈佛大学和清华大学的理论组合作提出了一种新型的麦克斯韦妖式的量子算法冷却。并在光学系统中利用量子模拟技术实验演示了这种量子冷却方法的工作原理。这项研究成果发表在Nature Photonics,2014.8:113-118。现代低温物理学的发展主要得