德國科學家日前發(fā)現，將原子“誘騙”進光腔內，能克服物質遠距離傳送（遙傳）面臨的障礙。該方法不僅將物質量子比特遙傳效率提高了5個數量級，還使遙傳距離提高到21米新高。相關研究發(fā)表在最新一期的《物理評論快報》上。

量子遙傳是一種全新的通信方式，它傳輸的不再是經典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息，這一技術有助于科學家們采用一種安全的方式傳輸信息，最終實現全球量子通信網絡。

目前，有兩種方法可實現遙傳：用光量子比特和用物質量子比特遙傳。2012年，物理學家們實現光量子比特之間長達143公里的遙傳距離。與遙傳光量子比特相比，遙傳物質量子比特更困難，因為它既需要量子記憶，也要求光和物質之間存在穩(wěn)固的關聯。以前，科學家們已在沒有穩(wěn)固的光—物質關聯的情況下，進行了物質遙傳，但距離僅為1米。然而，在自由空間中，光聚效應比較低，因此，用這一方法實現更遠距離的遙傳障礙重重。

在最新研究中，科學家們通過將兩個距離遙遠的原子誘捕進各自的光腔內，從而清除了這些障礙。光腔不僅增強了光聚效應，而且強化了原子和光子之間的相互作用，導致“可用”光子的數量增加。雖然沒有光腔時，原子—光子糾纏也能被高效地產生，但因為光子的發(fā)射方向是隨機的，因此，大部分光子都會丟失。

最新方法的成功率為0.1%，聽起來似乎不高，但已經是以前實驗結果的10萬倍了。取得突破的主要原因在于，與以前的展示相反，成功率并非主要受光聚效應的限制，限制因素是需要同時傳送并探測兩個光子，但貝爾態(tài)測量本身無法做到這一點。

因為在現有的技術條件下，特定類型的貝爾態(tài)測量（純光子方面）的性能已接近極限，主要受限于光纖損失和探測器的效率。為了增加貝爾態(tài)測量的效率，科學家們不得不用另一種基于確定性量子門的貝爾態(tài)測量。幸運的是，光腔系統(tǒng)能直接執(zhí)行這樣一種貝爾態(tài)測量。

該研究的領導者、馬克斯普朗克量子光學研究所的克里斯坦·羅勒科指出：“這是科學界首次展示兩個真正獨立的系統(tǒng)之間的物質—物質遙傳，而且距離長達21米。未來，我們會通過使用光腔來增加光—物質之間的相互作用，光腔會提供強度更高的原子—光子耦合；另外，我們也打算使用不同類型的貝爾態(tài)測量來增加效率。”

最新研究將有助于量子網絡的實現以及使用量子密鑰分配在全球實現安全地信息傳輸，這兩者都需要長距離傳輸量子態(tài)，但目前的技術還無法做到這一點。因此，或許我們可以通過所謂的‘量子中繼器’并利用遙傳來長距離傳送量子狀態(tài)。（劉霞）