德科学家实现物质量子比特遥传距离21米新高

德国科学家日前发现，将原子“诱骗”进光腔内，能克服物质远距离传送（遥传）面临的障碍。该方法不仅将物质量子比特遥传效率提高了5个数量级，还使遥传距离提高到21米新高。相关研究发表在最新一期的《物理评论快报》上。

量子遥传是一种全新的通信方式，它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息，这一技术有助于科学家们采用一种安全的方式传输信息，最终实现全球量子通信网络。

目前，有两种方法可实现遥传：用光量子比特和用物质量子比特遥传。2012年，物理学家们实现光量子比特之间长达143公里的遥传距离。与遥传光量子比特相比，遥传物质量子比特更困难，因为它既需要量子记忆，也要求光和物质之间存在稳固的关联。以前，科学家们已在没有稳固的光—物质关联的情况下，进行了物质遥传，但距离仅为1米。然而，在自由空间中，光聚效应比较低，因此，用这一方法实现更远距离的遥传障碍重重。

在最新研究中，科学家们通过将两个距离遥远的原子诱捕进各自的光腔内，从而清除了这些障碍。光腔不仅增强了光聚效应，而且强化了原子和光子之间的相互作用，导致“可用”光子的数量增加。虽然没有光腔时，原子—光子纠缠也能被高效地产生，但因为光子的发射方向是随机的，因此，大部分光子都会丢失。

最新方法的成功率为0.1%，听起来似乎不高，但已经是以前实验结果的10万倍了。取得突破的主要原因在于，与以前的展示相反，成功率并非主要受光聚效应的限制，限制因素是需要同时传送并探测两个光子，但贝尔态测量本身无法做到这一点。

因为在现有的技术条件下，特定类型的贝尔态测量（纯光子方面）的性能已接近极限，主要受限于光纤损失和探测器的效率。为了增加贝尔态测量的效率，科学家们不得不用另一种基于确定性量子门的贝尔态测量。幸运的是，光腔系统能直接执行这样一种贝尔态测量。

该研究的领导者、马克斯普朗克量子光学研究所的克里斯坦·罗勒科指出：“这是科学界首次展示两个真正独立的系统之间的物质—物质遥传，而且距离长达21米。未来，我们会通过使用光腔来增加光—物质之间的相互作用，光腔会提供强度更高的原子—光子耦合；另外，我们也打算使用不同类型的贝尔态测量来增加效率。”

最新研究将有助于量子网络的实现以及使用量子密钥分配在全球实现安全地信息传输，这两者都需要长距离传输量子态，但目前的技术还无法做到这一点。因此，或许我们可以通过所谓的‘量子中继器’并利用遥传来长距离传送量子状态。（刘霞）