德國(guó)科學(xué)家日前發(fā)現(xiàn)，將原子“誘騙”進(jìn)光腔內(nèi)，能克服物質(zhì)遠(yuǎn)距離傳送（遙傳）面臨的障礙。該方法不僅將物質(zhì)量子比特遙傳效率提高了5個(gè)數(shù)量級(jí)，還使遙傳距離提高到21米新高。相關(guān)研究發(fā)表在最新一期的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子遙傳是一種全新的通信方式，它傳輸?shù)牟辉偈墙?jīng)典信息而是量子態(tài)攜帶的量子信息，這一技術(shù)有助于科學(xué)家們采用一種安全的方式傳輸信息，最終實(shí)現(xiàn)全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

目前，有兩種方法可實(shí)現(xiàn)遙傳：用光量子比特和用物質(zhì)量子比特遙傳。2012年，物理學(xué)家們實(shí)現(xiàn)光量子比特之間長(zhǎng)達(dá)143公里的遙傳距離。與遙傳光量子比特相比，遙傳物質(zhì)量子比特更困難，因?yàn)樗刃枰孔佑洃洠惨蠊夂臀镔|(zhì)之間存在穩(wěn)固的關(guān)聯(lián)。以前，科學(xué)家們已在沒有穩(wěn)固的光—物質(zhì)關(guān)聯(lián)的情況下，進(jìn)行了物質(zhì)遙傳，但距離僅為1米。然而，在自由空間中，光聚效應(yīng)比較低，因此，用這一方法實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的遙傳障礙重重。

在最新研究中，科學(xué)家們通過將兩個(gè)距離遙遠(yuǎn)的原子誘捕進(jìn)各自的光腔內(nèi)，從而清除了這些障礙。光腔不僅增強(qiáng)了光聚效應(yīng)，而且強(qiáng)化了原子和光子之間的相互作用，導(dǎo)致“可用”光子的數(shù)量增加。雖然沒有光腔時(shí)，原子—光子糾纏也能被高效地產(chǎn)生，但因?yàn)楣庾拥陌l(fā)射方向是隨機(jī)的，因此，大部分光子都會(huì)丟失。

最新方法的成功率為0.1%，聽起來似乎不高，但已經(jīng)是以前實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)的限制，限制因素是需要同時(shí)傳送并探測(cè)兩個(gè)光子，但貝爾態(tài)測(cè)量本身無法做到這一點(diǎn)。

因?yàn)樵诂F(xiàn)有的技術(shù)條件下，特定類型的貝爾態(tài)測(cè)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(cè)器的效率。為了增加貝爾態(tài)測(cè)量的效率，科學(xué)家們不得不用另一種基于確定性量子門的貝爾態(tài)測(cè)量。幸運(yùn)的是，光腔系統(tǒng)能直接執(zhí)行這樣一種貝爾態(tài)測(cè)量。

該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所的克里斯坦·羅勒科指出：“這是科學(xué)界首次展示兩個(gè)真正獨(dú)立的系統(tǒng)之間的物質(zhì)—物質(zhì)遙傳，而且距離長(zhǎng)達(dá)21米。未來，我們會(huì)通過使用光腔來增加光—物質(zhì)之間的相互作用，光腔會(huì)提供強(qiáng)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(cè)量來增加效率。”

最新研究將有助于量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)以及使用量子密鑰分配在全球?qū)崿F(xiàn)安全地信息傳輸，這兩者都需要長(zhǎng)距離傳輸量子態(tài)，但目前的技術(shù)還無法做到這一點(diǎn)。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(zhǎng)距離傳送量子狀態(tài)。（劉霞）