【新闻】不传输粒子实现量子通信 中国科学家完成“天方夜谭”实验

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根据日常生活的经验，任何新闻的传输都需要信件和电磁波等实物载体，即使是现在比较“火”的量子通信，也需要量子传输。 但是，国际知名的量子光学专家m. suhailzubairy集团4年前提出了一个脑洞，违背人们日常生活中形成的直观认知的“反事实直接量子通信”。 这意味着可以在不发送粒子的情况下传播消息。 听着，很不可思议吗？

出乎意料的是，中国科学技术大学的潘建伟教授及其同事彭承志、陈宇景等人与清华大学的马雄峰合作，完成了这个“天方夜谭”式的实验，把匪徒的不可思议变成了科学现实。 实验室中的通信双方之间没有实物粒子的交换，成功地传播了图像新闻。 论文的成果以“利用量子芝诺效果实现直接反事实量子通信”为题发表在国际权威学术杂志《美国科学院新闻》上。

量子芝诺效应的名字来自古希腊数学家芝诺提出的“飞箭不动”悖论。 这个悖论，飞越空的箭其实是不动的。 箭应该每一瞬间都是静止的，所以无数静止的组合应该还是静止的。 这个结论在古典世界明显不成立，是逻辑悖论。 但是，在量子力学中，如果连续观测到不稳定的量子系统，其状态就会冻结成一个稳定状态，不会随着时间进化成其他状态。 这就是“量子芝诺效应”。 有印象但不完全正确的例子是“量子芝诺效应”:如果一个身体准备睡觉，不断询问旁边的身体是否睡觉，可以想象准备睡觉的人总是睡不着。

量子芝诺效应是反事实量子通信的基础。 逆量子通信是指在通信双方之间不需要量子和古典粒子的传播而实现量子状态的传播。 为了确保这个过程，需要在通信双方之间建立量化信道，粒子通过该信道的概率一直很低。 如果在通道中检测到粒子通过，则必须放弃此结果，重新建立或发送新系统。 为了实现这样的传输方法，需要配置一系列的嵌套光干涉仪。

理论物理学家提出的“反事实直接量子通信”原始方案要求无限干涉仪，这在现实科学实验中显然是不可能的，也是实验物理学家开始认为不可能实现的理由。 潘建伟团队通过对原始方案的仔细分析和改进，实现了反事实直接量子通信。 另一方面，通过采用单光子源，即使较少的干涉计数也可以得到完全的逆事实性，另一方面，被动筛选光子到达时间的方法代替了现有方案中的高速有源光开关等。 研究小组实现了技术创新，采用先进的相位稳定技术，首次实现了许多复杂的嵌套和串联的单光子干涉仪，成功传输了100×100像素的中国接合图像，传输正确率达到了87%。

相比之下，我们知道的以往的量子通信，即量子隐形状态，或者多少需要粒子的输送。 量子隐形状态基于量子纠缠的特征，纠缠状态的量子首先一起产生，然后分别送到两端，开始它们的通信。 另外，粒子可以远距离实现纠缠，但光子需要在两个粒子之间传输。

量子逆事实传输是基于“光的相位”进行传输的通信方法，在该通信方法中光强度并不重要。 另外，由于通信双方之间没有粒子的传达，窃听也会变成被动的水、无本的树。 因为这个技术可以利用极其微弱的光制作图像，也可以用于对有点脆弱的文物进行图像化，有助于文物的保护和研究。

这项事业是量子通信行业的新尝试。 潘建伟团队的探索给了人们更深入理解量子力学的机会。 该事业被美国科学院纪要的评论员评价为“是将量子芝诺效应用于通信的崭新实现”，被评价为“非常感兴趣，及时”。 这项事业是英国物理学会网站、“科学美国人”、物理学家网络等国际权威媒体的特辑。

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量子芝诺效应的物理解释

想想某个系统。 经过一次测量得到这次测量的特征值a，测量后，系统有可能自由进化，进化为另一个特征值b。 这是因为在下一次测量到来之前，系统处于a和b的叠加状态，系统进入b状态的概率随着时间线性增加。 在大测量数和短测量时间的限制下，系统“冻结”为a状态。 记者吴长锋