多自由度量子隱形傳態

要想弄清楚“量子隱形傳態”的原理，就繞不開“量子糾纏”的概念。量子糾纏是指相距遙遠的兩個量子所呈現出的關聯性。科學家早就發現，處於特定系統中的兩個或多個量子，即使相距遙遠也總是呈現出相同的狀態，當其中一個量子狀態改變時，其他量子也會隨之改變。

愛因斯坦曾把量子糾纏稱為“鬼魅般的超距作用”，不過觀察者網曾經報道，科學家如今認為，量子糾纏其實也是需要信道的，潘建偉教授的項目組2013年也測出，量子糾纏的傳輸速度至少比光速高4個數量級。

這就是量子隱形傳態的理論基礎。在量子糾纏的幫助下，帶傳輸量子攜帶的量子信息可以被瞬間傳遞並被複制，因此就相當於科幻小説中描寫的“超時空傳輸”，量子在一個地方神秘地消失，不需要任何載體的攜帶，又在另一個地方神秘地出現。 ^[1] 

中科大潘建偉研究團隊在國際上首次成功實現了“多自由度量子體系的隱形傳態”，這項工作打破了國際學術界從1997年以來只能傳輸基本粒子單一自由度的侷限，為發展可擴展的量子計算和量子網絡技術奠定了堅實的基礎。 ^[1] 

1997年，國際上首次報道了單一自由度量子隱形傳態的實驗驗證，該工作隨後與倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論、沃森和克里克發現DNA雙螺旋結構等影響世界的重大科技成果一起入選了《自然》雜誌“百年物理學21篇經典論文”。

然而，以往所有的實驗實現都存在着一個根本的侷限，即只能傳輸單個自由度的量子狀態，而真正的量子物理體系自然地擁有多種自由度的性質，即使是一個最簡單的基本粒子，如單光子，它的性質也包括波長、動量、自旋和軌道角動量等等。

中科大此次就是進一步發展出了“非摧毀性的測量技術”。經過多年艱苦努力，研究人員成功製備了國際上最高亮度的自旋-軌道角動量超糾纏源、高效率的軌道角動量測量器件，突破了以往國際上只能操縱兩光子軌道角動量的侷限，搭建了6光子11量子比特的自旋-軌道角動量糾纏實驗平台，從而首次讓一個光子的“自旋”和“軌道角動量”兩項信息能同時傳送。

多自由度量子隱形傳態實驗成果得到了《自然》雜誌審稿人的高度評價，他們一致稱讚該工作“絕對新穎、重要，處於當前量子光學和量子信息領域的最前沿，可以認為是一個偉大的成就”、“在1997年單個自由度量子隱形傳態實驗實現的18年之後，這個工作從基本概念上將量子隱形傳態提升到了一個新的水平”、“非常有趣，意義重大，且具有極其苛刻的技術難度”。 ^[2]