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chemphys铁杆木虫 (知名作家)
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【转贴】德国科学家实现光和物质之间的量子隐形遥传
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德国Garching校区内的马克思?普朗克量子光学研究所和哥本哈根尼尔斯?玻尔研究所的研究人员成功实现将一个光的量子态转移至一个材料物体内（即原子系集团）。 量子隐形遥传概念就是指将一个量子系统的状态隐形地和完全地转移到其它地方。科学家们首次通过实验实现了两个不同光束之间的量子隐形遥传。今后将一个贮存离子的特性转移到另外一个相同物体中将成为可能。德国马克思.普朗克量子光学研究所伊格纳奇奥.切拉克教授领导的一个科学家研究小组和哥本哈根尼尔斯.玻尔研究所尤金?普尔兹克教授一道证明，光脉冲量子态同样可以转移到一个宏观物体之中，即10的12方个原子能系集团。这是科学家首次实现不同特性物体之间的量子态隐形遥传。一种物体是一种“飞行”的媒介（光），另一种则是一个“固定的”媒介（原子）。该研究成果不仅有益于基础理论研究，而且还会开启量子计算机或者编码数据传输（量子密码术）实践应用之门。 自理论和实验物理学家们加速推动第90次量子隐形遥传态研究以来，他们发现量子信息传输面临一个主要问题：根据海森堡测不准原理中的量子粒子两个补充特性，即位置和动量无法同时精确测量。因此系统的所有信息必须在无法完全可知的情况进行传输。然而粒子的本性却有助于这个问题的解决：当两个粒子特性完美结合在一起后，他们可能会“纠缠”在一起。如果能够测量出“孪生”粒子中一个粒子的确定特性，那对该粒子有着自动和直接影响的另外一个粒子的相应特性就可以确定。 有了缠绕粒子的帮助，我们可以大体根据以下步骤来获得量子隐形遥传态：制造一对辅助缠绕粒子，一个被传输到“艾丽丝”，另外一个传输到“鲍勃”。（“艾丽丝”和“鲍勃”名字用于描述量子信息从A传输到B。）现在我们将艾丽丝的辅助粒子与隐形传态物体进行纠缠，然后测量其共同状态贝尔测量法）。艾丽丝以正规方式将量子态传输到鲍勃。鲍勃将量子态应用其辅助粒子上，并从中“使用魔法召唤出”隐形传态物体。 这种“使用说明”仅仅只适用于智力游戏吗？理论物理学家面临的最大挑战就是设计出一种同时适用于粒子的理论概念。由哥本哈根尼尔斯.玻尔研究所尤金.普尔兹克教授领导的一个研究小组对此进行了实验描述。德国马克思?普朗克量子光学研究所伊格纳奇奥.切拉克教授和他的同事克勒姆斯?哈米尔博士（他先前在马克思?普朗克量子光学研究所工作，现在在奥地利因斯布鲁克大学）提出了这一实验提议。 首先将一个强光脉冲送入一个充满铯气（约1012个原子）的玻璃试管中制造一对粒子。气体原子的磁矩排列在一个同质磁场中。光同时也具有一个选定方向：光被极化，即电场只在一个方向上振荡。在此条件下，光和原子相互产生作用，而后在气体中产生的光脉冲被送到艾丽丝与位于鲍勃处的1012个铯原子发生“纠缠”。 艾丽丝通过一个光束分束器将抵达的光脉冲与她希望隐形传态的物体混合在一起：一个微弱光脉冲含有极少的光子。从光束分束器中分离出来的2个光脉冲通过光电探测器后被送入鲍勃之中。 测量结果可告诉鲍勃要完成选定光脉冲量子态隐形遥传态和传输所必须要做的事情，即在原子系集团上的振幅和相位。为了达到隐形遥传态的目的，鲍勃应用了一个低频磁场，创造系统振荡的集体旋转（角动量）。这一过程可与其最大轴的旋转陀螺运动进行比较：当相位为零时，旋转陀螺的偏振符合光的振幅。 为了证明量子隐形传态已经成功完成，科学家用一束瞬间偏扩光的强烈脉冲照射原子系团体0.1毫秒。可以说，这样能 够“读出”它的状态。理论科学家能够通过这些测定值计算出所谓保真度和品质因数，这种品质因数是用来描述被传输物质与原有物质间一致性程度的。（ 保真度等于1表示一种完美的一致性，而数值0则表示根本不存在任何转移。）在此项实验当中，保真度为0.6。这一数值要高于通过传统方式获得的最高值0.5，例如在没有借助缠绕粒子对的前提下，通过电话获得测定值。 与传统“光束”概念不一样的是，这里不单单是一个粒子从一个地方消失，然后从另外一个地方出现。克勒姆斯.哈米尔博士强调，“量子隐形遥传态是量子密码术中的通信应用方式，量子密码术是指传输编码数据，而并非新通信传输。实验的重要意义在于，现在我们可能首次获得固定原子与光之间的隐形遥传态，固定原子可以贮存量子态，而光可以用于超远距信息传输。这标志着科学家在实现量子密码术上迈出了重要的一步，即远距离绝对安全的通信传输，比如在慕尼黑与哥本哈根之间的通信传输。” 英文原文链接参见：http://www.newmaterials.com/news/10956.asp [ Last edited by laizuliang on 2007-11-2 at 10:08 ] |
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