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潘建伟的系列量子研究成果 真的不是民科吗?

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更新:08-27     编辑:     来源:    
  • 中国科学技术大学潘建伟院士和他的系列量子研究成果 我怎么越看越假 感觉不对劲呢 这几年怎么一个又一个重大成果 量子这么个没法观测的东西现在都被他们搞成实际应用了??懂行的说说靠谱吗?
    中科大潘建伟项目组实现量子瞬间传输技术重大突破发表时间:2015-03-06 11:46:50
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    关键字: 瞬间移动瞬间传输多自由度量子体系隐形传态潘建伟量子纠缠

    如果你能拥有一项超能力,你会选择什么?相信“瞬间移动”会是不少人儿时的梦想。这种超能力在物理学上并非不可能。如果我们能够对构成物体的每一个粒子进行测量,然后在目的地用同样的粒子完全复制其状态,就可以得到一模一样的物体。如今,中国科学家在这项技术上取得了重大突破。

    今年2月26日,《自然》杂志发表封面文章,介绍了中国科技大学潘建伟项目组的“多自由度量子体系的隐形传态”研究。通俗地说,这一技术可以让科学家在异地瞬间获知粒子状态,从而开启了瞬间传输技术的大门。

    5日的政协小组会上,全国政协委员潘建伟用一个比喻向《科技日报》解释了这项研究:“从合肥带到北京一个保险箱,钥匙忘带了。于是我请合肥的同事测量一下钥匙,告诉我;我在北京复制它。”


    经典剧集《星际迷航》中的瞬间传输装置。当然潘建伟的研究并不是传输宏观物体,而是用于量子通信。

    理论基础:量子纠缠

    要想弄清楚“量子隐形传态”的原理,就绕不开“量子纠缠”的概念。量子纠缠是指相距遥远的两个量子所呈现出得关联性。科学家早就发现,处于特定系统中的两个或多个量子,即使相距遥远也总是呈现出相同的状态,当其中一个量子状态改变时,其他量子也会随之改变。

    爱因斯坦曾把量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用”,不过观察者网曾经报道,科学家如今认为,量子纠缠其实也是需要信道的,潘建伟教授的项目组2013年也测出,量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。

    这就是量子隐形传态的理论基础。在量子纠缠的帮助下,带传输量子携带的量子信息可以被瞬间传递并被复制,因此就相当于科幻小说中描写的“超时空传输”,量子在一个地方神秘地消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方神秘地出现。

    技术突破:非摧毁性测量

    但想测量一下光子,再让远方复制,实现起来是非常困难的。由于太小,光子“一触而溃”,再精细的测量也让它面目全非。

    中科大网站介绍说,1997年,国际上首次报道了单一自由度量子隐形传态的实验验证,该工作随后与伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等影响世界的重大科技成果一起入选了《自然》杂志“百年物理学21篇经典论文”。

    然而,以往所有的实验实现都存在着一个根本的局限,即只能传输单个自由度的量子状态,而真正的量子物理体系自然地拥有多种自由度的性质,即使是一个最简单的基本粒子,如单光子,它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等等。

    潘建伟对科技日报介绍说:“测量一个自由度,不干扰其他自由度,很困难。好比测量身高,尺子一拉,体重就受了影响。”

    中科大此次就是进一步发展出了“非摧毁性的测量技术”。经过多年艰苦努力,研究人员成功制备了国际上最高亮度的自旋-轨道角动量超纠缠源、高效率的轨道角动量测量器件,突破了以往国际上只能操纵两光子轨道角动量的局限,搭建了6光子11量子比特的自旋-轨道角动量纠缠实验平台,从而首次让一个光子的“自旋”和“轨道角动量”两项信息能同时传送。


    中科大潘建伟教授

    据中科大新闻网报道,该实验成果得到了《自然》杂志审稿人的高度评价,他们一致称赞该工作“绝对新颖、重要,处于当前量子光学和量子信息领域的最前沿,可以认为是一个伟大的成就”、“在1997年单个自由度量子隐形传态实验实现的18年之后,这个工作从基本概念上将量子隐形传态提升到了一个新的水平”、“非常有趣,意义重大,且具有极其苛刻的技术难度”。

    由于该成果的重要性,《自然》杂志专门邀请国际知名量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期的“新闻视角”(News and Views)栏目撰文评论:“该实验实现为理解和展示量子物理的一个最深远和最令人费解的预言迈出了重要的一步,并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。

    该论文发表后,第一时间受到了美国《科学新闻》(Science News)和欧洲物理学会新闻网站Physics World等多家国际媒体的报道,称“该工作不仅为提升量子力学基础问题的理解迈进了关键一步,也将在未来量子计算机的研制中扮演重要角色”。

    应用:谢耳朵的难题还很遥远

    看过《生活大爆炸》的读者可能还记得,谢耳朵曾经在剧中谈到过瞬间移动(teleportation)的伦理问题:如果我能够在此地被摧毁,然后在异地重建,那么使用了不同原子重建的我,还是我吗?

    暂时还不用担心。中科大的这项研究距离宏观物体的远距传输还差的很远,其应用主要在于量子通信。在无线通信中,如果直接使用二进制编码会造成严重的误差,因此在数字通信中,人们还需要进行更复杂的编码。同样,从单自由度传输到多自由度传输的进步,对量子通信的实用化意义重大。







    网友评论:

    我一个字没看懂,你们不要在后面 @我

    民科?人家正经大学的好吗

    关键是这个单元体积多大,制造难度。就跟tbbt里一样,其他大学能简单重复出试验结果才能有实用价值。

    ----发送自 HUAWEI HUAWEI G750-T00,Android 4.4.2



    比光速高四个数量级,怎么测的?本质上还是EPR和退相干的问题,其他都是噱头。这个也不新鲜,貌似四年前,听过东京大学的一个组的报告,用质子去玩这个。

    是不是张尧学让你对所有中国科学家都产生了怀疑。。。。。
    可以看看老潘发过的文章,别说你连Nature都不信。

    不是民科,理论部分没问题;后几小节存疑

    你不如发论文看看

    不是民科,理论部分没问题;后几小节存疑

    你不如发论文看看


      最近,由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的自由空间量子通信团队的彭承志、张强研究小组,在国际上首次成功实现了无局域性漏洞的量子纠缠关联塌缩的速度下限测量。该研究成果发表在近日出版的《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 110, 260407 (2013))上。

      1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在一篇合作的文章中提出了著名的EPR佯谬。他们从量子力学基本原理出发,指出在多粒子量子系统中,存在一种奇特的关联,这种关联无法通过粒子的共同历史、经典通信和相互作用等常见的因果关系来解释,于是他们称这种关联为“幽灵式超距作用”(spooky action at a distance)。这个所谓的“幽灵式超距作用”就是当下为人熟知的量子纠缠。

      EPR佯谬的提出迄今已经七十多年,量子纠缠已经广泛应用于量子力学基础检验、量子保密通信、量子计算和量子精密测量等各个领域,然而量子纠缠关联塌缩的速度到底是多少这一问题仍然没有得到解决。

      近年来,不少实验都试图测量量子纠缠关联塌缩的速度下限。但是,所有这些实验都存在局域和自由基矢选择两个漏洞,以致以前所有的实验都无法真正证明其中存在量子纠缠,从而其对纠缠关联塌缩速度的测量就失去了严格的意义。

      潘建伟团队在青海湖外场实验基地选取了地球上纬度严格一致的东西方向两个地点设置类空间隔的测量事件,同时加入随机数控制的主动基矢选择,通过连续测量12小时Bell破缺,遍历了地球同步的所有参照系,实现了无局域性漏洞的纠缠关联塌缩的速度下限测量。结果表明在所有相对地球以千分之一光速或更低速度运行惯性参照系中,量子纠缠关联塌缩的速度下限为光速的一万倍。

      该成果的取得一方面标志着我国在自由空间量子物理实验领域保持着国际领先地位,另一方面也为了未来基于量子科学实验卫星进行大尺度量子理论基础检验,以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论奠定了必要的技术基础。

      上述研究得到了中科院量子科技先导专项、科技部、教育部和基金委的支持。

      (微尺度物质科学国家实验室)


    我国2011年的成就——信息的瞬间转移与传递
    6月1日,英国《自然》杂志子刊《自然光子学》上发表的中国科技大学最新研究成果引起了国际学术界的广泛关注。在取得了一系列关键技术突破后,我国目前已成功实现16公里距离的量子态隐形传输。通俗讲,一个量子态在一个地方消失,又在另一个地方出现,两个地方的距离已达到16公里。
    按照常理,信息的传播需要载体,人与人的对话需要通过声音来传播,手机与基站之间要通过电磁波来传输信号,互联网的信息传递也需要在光缆中传输的光信号。那么,不需要载体的信息传递是否存在?
    “在量子世界里,在纠缠光子的帮助下,量子态隐形传输就可以实现这一点。 ”彭承志教授告诉记者,“打个比方说,纠缠光子就好像两个骰子,甲乙两人身处两地,分别拿其中一个骰子,甲随意掷一下骰子是5点,与此同时,乙手中的骰子会自动地翻转到5点。 ”
    无论两个骰子的距离有多远,只要他们是“纠缠光子”,它们的状态就是互相关联的。
    “纠缠光子的这种类似于‘心电感应’的特性就可以用来实现量子态的隐形传输。”彭承志解释说,“我们可以将待传输的量子态与一个纠缠光子进行一次联合量子测量,再将这个联合测量的结果通过经典信道告诉另一个纠缠光子,我们就可以得到待传输的量子态。 ”
    在这个过程中,待传输的量子态并没有经过载体的传递,就“凭空”出现在了另一个纠缠光子上,但是,这种传输理论与科幻电影里出现的“超时空”是不同的,原有的量子态在联合量子测量之后会发生改变,并且测量结果仍然需要经典信道来传递,所以用“超时空”来形容量子隐形传输是不严谨的。
    16公里的距离很难达到
    现在,两个骰子的距离已经可以达到16公里,这个距离并不远,但也创了世界纪录,“实际上,达到16公里的距离并不容易。 ”彭承志告诉记者。
    中国科学技术大学在2000年开始进行量子信息方面的研究,彭承志于2000年加入潘建伟教授组建的量子信息实验室。量子信息是国际上物理研究的热点前沿领域,也是被公认为非常有应用前景和价值的一个。1997年,奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证。 2004年,该小组利用多瑙河底的光纤信道,成功地将量子“超时空穿越”距离提高到600米。但量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。
    “传输距离取决于能够在多远的距离建立光子的纠缠关系,传输过程中也存在环境对光量子态的干扰效应等因素,这也是研究学界都力图解决的难题。 ”
    2007年开始,中国科大——清华大学联合研究小组在北京架设了长达16公里的自由空间量子信道,并取得了一系列关键技术突破。
    能在宇宙进行传输
    2004年,中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信。在自由空间,环境对光量子态的干扰效应极小,而光子一旦穿透大气层进入外层空间,其损耗更是接近于零,这使得自由空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具优势。
    据悉,该小组早在2005年就在合肥创造了13公里的自由空间双向量子纠缠“拆分”、发送的世界纪录,同时验证了在外层空间与地球之间分发纠缠光子的可行性。 2009年证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性,为未来基于卫星中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。 未来的梦:物体可实现量子传输吗?“量子力学告诉我们,未知的量子态不能精确的克隆,而宏观物体是由无数个原子组成,每一个原子的状态都不能精确的克隆,这就告诉我们这个世界上永远不能复制出一个一模一样的“我”来”彭承志告诉记者“但是量子态隐形传输过程则不同,虽然它仍然不能精确的克隆一个未知的量子态,但是它可以把一个量子态精确的传输到远程另一个粒子上”。
    人们自然会想象,如果把一个物体甚至是一个人的全部微观粒子结构记录下来,在另一个地方原样重组,再将每个粒子的量子态都通过量子态隐形传输的过程传递过来,虽然原有的量子态经过联合量子测量后将全部发生变化,但新的物体是不是和原来的一模一样呢?这是不是就实现了物体的量子传输?
    目前我们实现的仅仅是单光子量子态的隐形传输,在未来有可能实现复杂量子系统的量子态隐形传输,但距离宏观物体的量子态隐形传输还具有非常遥远的距离。 ”彭承志说。
    目前量子通信在实用方面的努力还在继续,中国目前主要朝两个方向努力:一是通过光纤网络实现同城用户的通信;二是借助空间站、卫星等空间平台,实现全球化通信网络。
    “科技发展的速度有多快谁能知道呢?就好像打算盘时的人们永远想不到,在不久的将来,人类发明出了每秒运行几千亿次的电子计算机。 ”

    唔 滚去啃论文

    量子神技不止一家在飙
    奥地利维也纳大学,还有美国的阿拉莫斯也成果丰硕。

    潘建伟团队现在成就似乎好于竞争对手的主要原因我觉得还是中国比较有钱……

    LZ你只是看不明白在说啥而已,很正常的别紧张


    法国商科硕士啥时候成了量子力学专家了?


    量子纠缠这个类似的现象我在八几年的一期(科学美国人)杂志上面读到过


    潘建伟不就是奥地利大学的么?


    维也纳大学,没打全

    刚在想潘玮柏是怎么量子力学的

    ----发送自 Sony L36h,Android 4.4.4

    这不是民科

    这一大串我不懂,总之我们的宇宙玩不了黑暗森林咯?

    ----发送自 samsung SM-N9007,Android 4.4.2


    大家一起@我


    大家一起@我


    原来是,被千人计划挖过来的

    这个如果是造假,那至少nature也跟着一起名誉扫地

    我在学校见过他,不至于沦为民科吧

    ----发送自 HTC HTC 801e,Android 4.3

    所谓每个字都看得懂,连在一起不知道在说什么的东西。
    不过相信Nature。能放上Nature封面的东西,绝对是巨牛的——就算错了也是骗了一堆同行评议的大牛的,值了。
    然后楼主还和你说一个,量子力学教科书比所有的科普杂志好懂十倍,而新闻报道只会让你完全不知道量子力学是啥。


    我读的书少 你不要骗我 量子力学的书哪里好懂了。。。。好懂有意思的是原子物理(近代物理)吧


    我读的书少 你不要骗我 量子力学的书哪里好懂了。。。。好懂有意思的是原子物理(近代物理)吧


    都是数学公式还不好懂?
    你只要不试图去理解为什么会这样,而清楚地意识到这货是这样因为它就是这样,该这么算因为这样能在最短的时间得到最为近似的答案就行了。


    额……科学美国人

    如果你能在一区狂发文,那么你就算给我个直觉超荒谬结果,我要也不说你是民科

    据说这老兄可能成为第一个吃诺贝尔的国人

    直接联想到致命魔术……来自: Android客户端

    这算一个不知其本质却能应用的例子吧

    哦……@海森堡
    还是让这位说一说吧


    ............................................其实严格说来是能知其本质的,虽然量子理论在宏观表现上非常似是而非,抽象模糊..............但从数学的角度去解剖的话,还是能抓住当中的逻辑的..............波函数坍缩之类的量子物理的理论,就是这么写烂笔头算来算去算出来的......

    量子力学对我这种数学很差的人来说真的是很不友好的学科

    兄弟啊,能发Nature你跟我说民科...

    那也是能蒙老外大牛的民科。光做到这点技术含量就很高了好不好。


    和袁隆平类似,功绩在工程实现上而不是原理提出上。
    这一般得不了诺贝尔奖。
    就看能不能像袁隆平那样,在有生之年看到技术被成功推广了。


    发明光纤的也是后来才得的奖

    一个脑洞:一艘模拟地球重力环境的飞船携带了一台足够能源走时精确的电子钟……

    然后在相距了几百光年后飞船上和地球上的人都知道了现在的时间……能算有限的信息传输了么?

    目前能做的只有测量啊,难道要用复杂编码在宇宙航行的另一端模拟出一个一模一样的地球来?


    传输信息的前提是主动控制一个变化使得另一个同步变化吧
    楼主这篇发现还是局限于确认它们自己变化的时候两者是同步的
    这不就只能做到把状态当作超越二进制信息量的编码用于加密么,真正的数据还是靠传统途径传输。


    数学公式精确,抽象,简练,文字描述易懂,直观,详细。

    可能写新闻的是民科……

    假装看懂被轻松识破

    CNS都发了,这都能算民科么…

    查了一下 第一页都是他和方舟子的恩怨

    我认为量子纠缠不能传送任何讯息
    什至其间根本没有讯息
    反而是测不准定律的相反
    纠缠态的量子由一诞生起就依从某个定律运动
    因为相方按同一原因向相反方向运动
    所以看起来就像是互相通讯似的

    我们可以将待传输的量子态与一个纠缠光子进行一次联合量子测量,再将这个联合测量的结果通过经典信道告诉另一个纠缠光子,我们就可以得到待传输的量子态。
    ————————————————
    还是要通过经典信道,那为毛我不直接用经典信道传信息而要搞那么复杂?


    我的理解是
    因为经典通道不能传输量子态信息
    通过第一次测量可以获得经典通道能传输的信息
    把这个经典信息提供给纠缠光子可以反推回原始的量子态信息

    经典信道可以窃听,量子信道不可能窃听

    ----发送自 HTC HTC 801e,Android 4.3

    你就说什么时候打仗从biu biu biu 变成 jiu jiu jiu吧


    Teleportation原理上就不可能超光速。。


    这不算传递信息


    不算,因为那钟只能给出预测,依据的只是出发时候地球的信息。他之后不会带来任何新的关于地球时间的信息。地球要是几百年后炸了他也不会知道


    通信本质是传信息而不是某个量子态,既然避免不了走经典信道,那直接在经典信道上传信息就好了,耦合个量子态有什么意思?
    从文中的意思我的理解就是个唯一密码本而已,这边把信息耦合到这边量子中,把加密后的信息通过经典信道传给对方,然后对方再耦合下解密出信息而已。这不就是我们玩的佛曰的把戏么?无非一个网址在经典信道中传明文还是佛曰的问题

    如果说为了保密,倒是能说通,可是定期更换唯一密码本也差不多能达到这个目的啊,毕竟纠缠的量子也不是永久的不是?


    量子是真随机


    Quantum teleportation protocol 本来就需要经典信息传递,自然理论上就没法超光速。这有什么问题么。


    所以你是告诉我,
    http://en.m.wikipedia/wiki/Quantum_teleportation
    这是错的,应该归到cryptography里?
    我开始好奇你所谓的teleportation是什么新玩意儿了。有reference么?


    解释下区别?


    Bouwmeester 潘建伟和Daniel 97年那个不是teleportation么?怎么也不像QKD吧……

    这个话题竟然讨论了3页,我还以为进小木虫了……


    就是说,以信息诱发纠缠光子发生变化是可实现的,只是变化结果无法解读回输入信息咯。

    看央视新闻附图
    我猜肯定有济南军区
    不用回复

    据说全世界能完全搞懂量子物理的科学家少之又少

    非摧毁性的量子测量装备?@泽天记


    谢谢,我再想想,毕竟这个我不大了解,要琢磨一下


    会用公式的很多,成果也出了很多,现在探索的是公式是什么跟为什么,可是公众完全不关心公式怎么算,只关心大部分还是脑洞的是什么跟为什么。


    量子力学方面,你越希望描述的易懂,往往适得其反。



    看来您是专业的,我用我小学科普的脑袋瓜复述一遍您的意思,是不是这样:
    潘搞的其实就是对一个光子的量子态进行检测,得出一组数字,因为量子态是随机的,所以得到的数字也是随机的,然后把该数字及之后测得的数字作为密钥链,在普通介质网络上进行加密传输?
    这就是所谓Cryptography,用能测到量子态的仪器生成数字而已嘛。
    那他们所谓Teleportation呢?量子纠缠呢?
    不是说已经有成果,可以做到在16公里距离上,干扰改变一个光子的量子态,同时另一个光子确定因前一个光子改变而按预计规则改变了吗?这就是Teleportation了吧?
    相关论文没有看,请大大解释一下问题:潘是怎么确信后一个光子的改变确确实实与前一个改变有关?实验原理的设计是怎样的?不是说一旦观测就失去意义了吗,那怎么做到既观测前一个光子又能观测到后一个光子的?是什么因素制约了传输距离?相关量子如果真存在关联的话,后一个挪开十万八千里难道不行吗,反正都能观测到?


    +1……尤其是看到量子力学教材简单真是惊得我目瞪口呆……遍地学霸菊苣啊……



    我不认为你说的区别可以支持你的结论。那个teleportation wiki词条下的protocol确实用了EPR pair来传输信息,所有的操作都是LOCC,所以这对EPR pair的非定域纠缠是这个protocol可以实现的基础。而并非只是BB84之类用一个来表示态,而另一部分信息来表示measurement base。并且各种cryptography协议只是传递经典信息,而这个protocol传递的是量子态,我想你如果是专业人士自然知道这里面的本质区别。并且,我翻了一下,Bouwmeester,Pan ,et al  97年那篇关于teleportation的nature,使用的正是这个protocol,没有任何差别。Pan之后自己写的几个review用的也是这个protocol。而这个protocol里存在经典信息交换自然不可能超光速。

    当然这是快20年前的文章,看起来现在你和你老板现在对teleportation这个词有和以前不同的定义。但是你说了一大堆依然没有说到底你们认为什么是teleportation。到底你们定义的quantum teleportation是个什么样的东西?

    顺便最后,信息超光速我不认为是一个可以这么轻巧提出来的事情,这个直接挑战的是引力理论和人类至今对宇宙的基本认识。确实有人有野心,从量子和引力的交汇处来做实验找新的物理(比如说dirk这几年在做的),但是潘和郭做的方向那么经典怎么可能。。。


    Scientific American,Science的妹妹杂志


    我是只读杂志的民科。。另外那个写报道的也是民科

    按他这意思量子传递和距离没有关系,只是在空间的不同位置进行同步?

    ----发送自 HUAWEI H60-L01,Android 4.4.2


    你好 我是28楼的觉得量子力学教材不好懂的学渣



    你还是没有读懂,那个classic channel传递的并不是光子诶,那个传递的就是经典信息:A对需要teleport的光子和epr pair中的一个光子进行的联合bell state measurement的结果。然后B可以根据这个信息来对自己手上的另一个epr 光子进行操作就可以得到需要teleport的光子态。
    所以,这个和你如何distribute epr pair没有任何关系。epr pair怎么传输怎么存储只是技术问题,不管你提前传输了多久,存了多久,只要protocol里有经典信息传递,teleportation就不可能超光速。
    另外,从他们发表的工作来看,不管是以前的结果还是楼主提到的最新结果,他们的目标看起来就是达成并且完善这个teleportation protocol,没有什么超光速之类的劳什子在里面。那个所谓量子塌缩速率下限,理论上的重要性是作为一个验证量子力学基本问题的实验,而并非挑战现有理论,因为正统的量子力学解释塌缩本身就不是什么可观测的物理现象,下限超多少都无所谓。


    萝卜老爷你不开团天天刷...TVT


    哦,那公式也不会更易懂。

    @lifeoffire
    潘老师1997年做的那个telepotation的实验呢?

    大约去年我就在说过我一个同学在潘建伟院士旗下做研究...人家就提到了咱们离瞬间移动不远了。。。


    能发现你是否被监听,或者密码是否泄漏。


    我就这几天多刷了一点。。。


    楼主说的那个成果就是那个实验的续作吧。打个比方,我们的任务是teleport一个苹果,苹果有气味有颜色有质地有口感,97年的实验里实现了第一步,我们可以把苹果的颜色teleport过去了,但是过程中把苹果的其他特质都毁掉了。然后主贴里那个就是说我们现在可以把苹果的颜色和味道一起传过去了,这样。。。

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