- 中國研究團隊展示量子傳輸效率大幅提升，超過光子傳輸。
- 量子糾纏技術使量子狀態可在不移動粒子的情況下轉移。
- 研究顯示量子傳輸可克服長距離光子損失的挑戰。
- 團隊計劃在實際光纖鏈路測試量子傳輸的應用潛力。
量子傳輸在實際應用上邁出了重要一步，研究人員展示了其在傳輸量子信息方面的效率遠超過直接的光子傳輸。這項研究由中國科學技術大學的研究團隊進行，實驗顯示量子傳輸方法的效率幾乎是直接光子傳輸的三倍。此外，當通過最佳量子克隆技術進行增強時，量子傳輸亦優於傳統的方法。根據研究人員的説法，這些發現有助於克服長距離光子損失的問題，這被視為實用量子通信網絡面臨的最大挑戰之一。
量子通信利用光子，即光的粒子，來攜帶量子信息，然而在光子穿越光纖或自由空間時，許多光子會被散射或吸收，這使得光子損失在長距離中變得更加嚴重，從而使得可靠的量子通信特別困難。
量子傳輸的技術優勢
為了克服這一限制，研究人員轉向量子傳輸。此過程通過量子糾纏將一個粒子的量子狀態轉移到另一個粒子上，而無需物理移動粒子本身。量子糾纏是一種現象，當兩個或多個粒子相互連接時，測量其中一個粒子即刻確定另一個粒子的狀態，無論它們之間的距離如何。物理學研究者及本研究的共同作者陸朝陽博士在接受《Phys.org》訪問時表示：「在量子信息科學中，我們已經達到了一個階段，中央目標不再僅僅是展示迷人的量子效應，而是要證明量子技術能在明確的任務中超越最佳的經典替代方案。」
科學家們已經花費超過四十年研究量子傳輸，但直到目前為止，他們尚未直接比較量子傳輸與通過相同通信渠道發送光子之間的效果。
未來量子通信的應用前景
中國團隊目前已經創建了一種全光學方案，能夠遠程準備高質量的糾纏光子對，這使得即使在通信渠道遭受顯著光子損失的情況下，量子傳輸依然可以進行。該團隊的方法產生六個光子，測量其中四個，然後利用這些測量結果在剩下的兩個光子中創建一對糾纏的愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（EPR）對。這對糾纏對大幅減少了傳輸損失，提高了量子傳輸的可靠性。為了測試該方法，團隊使用了一個經過精確校準的通信渠道，該渠道的傳輸率僅約為百分之一。
他們評估了量子狀態的效率和保真度，並對結果進行了比較。量子傳輸的傳輸效率幾乎是通過相同的損失渠道直接發送光子的三倍，這標誌著量子傳輸能夠超越直接光子傳輸的第一個證據。
根據研究團隊的説法，這項工作表明量子傳輸可能成為未來量子通信系統的一種實用工具。陸博士繼續指出：「在現實網絡條件下展示量子傳輸的優勢將是邁向實際應用的重要一步。」研究人員相信該方法可以支持量子中繼、量子重複器和互聯量子處理器的發展。他們計劃在實際光纖鏈路和量子網絡上進行測試，並希望擴展該方法以準備更複雜的糾纏狀態，例如格倫伯格-霍恩-齊林格（GHZ）狀態。「這些資源將使量子網絡中的更強大的協議成為可能，並有助於在通信、分佈式計算和網絡化量子信息處理中展示真正的量子優勢。」
陸博士總結道。該研究已發表在《自然物理學》期刊上。
量子傳輸技術的應用潛力
量子傳輸技術的突破對量子通信的未來至關重要。隨著量子信息科學的進步，研究人員能夠展示量子傳輸在長距離通信中的優勢，這解決了傳統光子傳輸面臨的損失問題。這項研究不僅為量子通信網絡的實用化鋪平了道路，還可能促進量子中繼和量子重複器的發展，從而推動更複雜的量子網絡協議的實現。