奧地利和中國的科學家首次成功地傳送了三維量子態。在未來的量子計算機中，高維隱形傳態將發揮重要作用。
來自奧地利科學院和維也納大學的研究人員已經通過實驗證明了這一理論可能性。他們與中國科學技術大學的量子物理學家一起，成功地實現了複雜高維量子態的遠程傳輸。研究小組在《物理評論快報》雜誌上首次報道了這一國際性研究成果。
在他們的研究中，研究人員將一個光子(光粒子)的量子態傳送到另一個遙遠的光子(光粒子)。以前，只傳輸了兩級狀態(“量子位”)，即值為“0”或“1”的信息。然而，科學家們成功地傳送了一個三層的狀態，即所謂的“量子位”。在量子物理學中，與經典的計算機科學不同，“0”和“1”不是“非此即彼”，而是兩者同時存在，或者兩者之間的任何東西都是可能的。奧中兩國代表隊已經在實踐中證明了第三種可能性“2”。
新穎的實驗方法
自20世紀90年代以來，人們就知道多維量子隱形傳態在理論上是可能的。然而，奧地利科學院維也納量子光學和量子信息研究所的曼努埃爾•埃爾哈德表示:“首先，我們必須設計一種實現高維隱形傳態的實驗方法，並開發必要的技術。”
要傳送的量子態被編碼在光子可能經過的路徑中。我們可以把這些路徑描繪成三根光纖。最有趣的是，在量子物理學中，單個光子也可以同時位於所有三種光纖中。為了傳送這種三維量子態，研究人員使用了一種新的實驗方法。量子隱形傳態的核心是所謂的貝爾測量。它是基於一個多端口分束器，它引導光子通過幾個輸入和輸出，並將所有光纖連接在一起。此外，科學家們還使用了輔助光子——這些光子也被髮送到多光束分配器中，可以干擾其他光子。
通過巧妙地選擇一定的干涉模式，量子信息可以轉移到遠離輸入光子的另一個光子上，而不需要兩個光子進行物理上的相互作用。實驗的概念並不侷限於三維，但原則上可以擴展到任何數量的維度，正如厄哈德所強調的那樣。
量子計算機更高的信息容量
有了這一點，國際研究團隊也向未來量子互聯網等實際應用邁出了重要一步，因為高維量子系統可以傳輸比量子位元更多的信息。奧地利科學院(Austrian Academy of Sciences)和維也納大學(University of Vienna)量子物理學家安東•澤林格(Anton Zeilinger)在談到新方法的創新潛力時表示:“這個結果可能有助於將量子計算機與量子位元以外的信息能力連接起來。”
參與的中國研究人員也看到了多維量子隱形傳態的巨大機遇。中國科技大學的潘建偉表示:“下一代量子網絡系統的基礎是建立在我們今天的基礎研究之上的。”最近，應維也納大學和科學院的邀請，潘建偉在維也納舉行了一次講座。
在未來的工作中，量子物理學家將專注於如何擴展新獲得的知識，使單個光子或原子的整個量子態的隱形傳態成為可能。