７月１日，国际著名的《自然》杂志发表了中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）潘建伟教授等完成的重大研究成果：在国际上首次通过实验实现了五粒子纠缠态以及终端开放的量子态隐形传输。这是该杂志继去年５月２２日以封面文章的形式发表潘建伟等关于任意纠缠态纯化后，又一次发表该研究小组的重大成果。该成果再次表明，我国在多粒子纠缠态的研究方面成功超越了美、法和奥地利等发达国家，进入国际领先水平。
    
    今年３４岁的潘建伟发表的有关量子态隐形传输以及量子纠缠态纯化实验的论文，曾同Ｘ射线、相对论等影响世界的重大研究成果一起入选《自然》杂志“百年物理学２１篇经典论文”。他在接受本报记者采访时介绍说，所谓“量子纠缠”是指不论两个粒子间距离有多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象，即两个粒子之间不论相距多远，从根本上讲它们还是相互联系的，就好比存在“感应”的双胞胎那样。科学家们认为，这是一种“神奇的力量”，可成为具有超级计算能力的量子计算机和“万无一失”的量子保密系统的基础。同时，量子信息学研究表明，为了进行远距离的量子密码通信或量子态隐形传输，人们需要事先让距离遥远的两地共同拥有最大的“量子纠缠态”。
    
    “多粒子纠缠态的制备与操纵”是近年来国际上蓬勃发展的量子物理与量子信息研究领域的研究热点。此前，三粒子和四粒子之间的量子纠缠已在实验上得以实现，并被用来证明量子力学的非定域性，即一种被爱因斯坦称为“遥远地点间幽灵般的相互作用”。但是，在现实世界中，如何将量子纠缠这一奇异现象应用到量子计算和量子通信中还面临巨大挑战。量子计算需要解决的一个主要问题就是量子纠错，而要实现普遍适用的量子纠错，最少需要同时把五个粒子纠缠起来，并加以相干控制。这一点在技术上难度极大，因此，五粒子纠缠态的制备与操纵长期以来一直是国际公认的高难课题。
    
    潘建伟教授和他的同事杨涛、赵志等在中国科学院知识创新工程、科技部“９７３”计划和国家自然科学基金委支持下，经过３年艰苦努力，终于攻克了种种技术难关，在国际上首次实现了五粒子纠缠态的制备与操纵，这五个粒子好比“五胞胎”一样，不论相距多远，从根本上讲还是相互联系的。研究人员还利用五光子纠缠源在实验上演示了一种更新颖的量子态隐形传输，即“终端开放”的量子态隐形传输。实验中，他们在不确定选择某个粒子作为量子态输出终端的情况下，先将一个粒子的量子态隐形传输到另外多个纠缠着的粒子上，尽管这些粒子分别在相距遥远的不同地点，但他们发现只要通过适当操作，仍可将输入的量子态在任意选定的一个粒子上读出。这种新颖的量子隐形传输态正是量子纠错和分布式量子信息处理中必须掌握的一项关键技术。
    
    《自然》杂志的评审认为，“尽管五粒子纠缠以及终端开放的量子态隐形传输的实现非常困难，但是中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事们完成了这一壮举，他们的实验方法将在量子计算和网络化的量子通信中有重要的应用”。以严格著称的欧洲物理学会也罕见地在其新闻网站上大篇幅介绍了这一成果，并盛赞这一成果是“在将量子力学基本原理运用于量子信息处理的努力中所获得的重要突破”。
    
    潘建伟说，这一研究工作对于基础研究意义重大。它证明量子计算能够实现量子纠错，而量子纠缠在量子通信中的应用有着广阔的空间。量子通信拥有保密性好、通道容量大以及利用共享纠缠可以克服噪声问题等优势，所以各国都非常重视该技术的研究开发。他预计未来５到１０年会出现实用化的量子通信，而此项研究成果对于量子通信技术发展具有重要意义。据介绍，中国科技大学已经开展将这一成果从实验室向应用领域拓展的工作。
    
    （记者张庆华）2004-07-02