我研制出世界上第一個(gè)量子路由器并成功演示
近日，第十六屆量子信息處理國(guó)際會(huì)議(Quantum Information Processing 2013, QIP2013)在京召開(kāi)。記者從會(huì)議上獲悉，我國(guó)在全量子網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域取得關(guān)鍵技術(shù)突破，研制出世界上***個(gè)量子路由器并在實(shí)驗(yàn)室成功演示。
量子路由器是全量子網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)重要的量子器件。該研究基于973計(jì)劃重大科學(xué)問(wèn)題導(dǎo)向項(xiàng)目全量子網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，由著名計(jì)算機(jī)專家、圖靈獎(jiǎng)得主、清華大學(xué)交叉信息研究院教授姚期智領(lǐng)軍。據(jù)悉，前不久，姚期智團(tuán)隊(duì)***在實(shí)驗(yàn)中演示了全量子路由器，實(shí)現(xiàn)了量子控制信號(hào)控制量子信號(hào)所經(jīng)的路徑。美國(guó)《連線》雜志稱，科學(xué)家利用基于糾纏光子的量子路由器展示量子網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)的科研人員建造了世界上***個(gè)量子路由器。
據(jù)了解，在全量子網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中，姚期智團(tuán)隊(duì)采用基于離子阱的全量子網(wǎng)絡(luò)方案。在全量子網(wǎng)絡(luò)、離子阱量子存儲(chǔ)器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)程離子糾纏等方面開(kāi)展研究工作并有很好進(jìn)展。量子網(wǎng)絡(luò)對(duì)于量子通信、大型量子計(jì)算的實(shí)現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。他透露，將在未來(lái)兩年建成基礎(chǔ)性全量子網(wǎng)絡(luò)雛形。此外，他的團(tuán)隊(duì)還基于離子阱技術(shù)，提出一種實(shí)現(xiàn)新型的時(shí)空晶體的方案，即使在能量最小態(tài)，這個(gè)晶體也會(huì)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。來(lái)自美國(guó)的諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者維爾切克稱：“這一工作探索了一種新的物質(zhì)形態(tài)，可能會(huì)帶來(lái)出乎意料的研究方向。”
量子信息處理國(guó)際會(huì)議是量子信息領(lǐng)域的***國(guó)際會(huì)議，1998年***在丹麥奧胡斯大學(xué)舉辦，每年召開(kāi)一次。今年是該會(huì)議***在中國(guó)舉辦，展示了我國(guó)在國(guó)際量子信息領(lǐng)域的地位。來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、瑞士等國(guó)的300余位學(xué)者參加了為期5天的會(huì)議。大會(huì)議題涵蓋量子計(jì)算的理論問(wèn)題、量子密碼相關(guān)領(lǐng)域的熱點(diǎn)議題以及其他延伸涉及的相關(guān)物理問(wèn)題。
名詞解釋：
量子通信保密技術(shù)
量子保密通信技術(shù)基于量子力學(xué)原理，能確保兩地之間密鑰分配的絕對(duì)安全性，從而保證了通信的絕對(duì)安全。量子信號(hào)在商用光纖上傳輸?shù)牟环€(wěn)定性是量子保密通信技術(shù)實(shí)用化的主要技術(shù)障礙;而量子信號(hào)的絕對(duì)安全的路由問(wèn)題則是實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)的主要難題。因此，從根本上解決光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性問(wèn)題和光纖網(wǎng)絡(luò)的量子路由問(wèn)題一直是國(guó)際學(xué)術(shù)界的兩大研究熱點(diǎn)和難題。
通信網(wǎng)絡(luò)
早在2004年，郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了新型的光學(xué)干涉環(huán)，從根本上解決了光纖傳輸?shù)姆€(wěn)定性問(wèn)題，并在北京與天津之間實(shí)現(xiàn)了世界上最遠(yuǎn)距離125公里商用光纖的量子密鑰分配，有力地推進(jìn)了量子密碼技術(shù)的實(shí)用化。該技術(shù)方案已被國(guó)際量子密碼研究的主要單位和公司廣泛采用;2007年3月，郭光燦研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了量子路由器，解決了量子信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)尋址的難題，并北京商用光纖上實(shí)現(xiàn)了40公里范圍內(nèi)四用戶的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，完成了世界上***無(wú)中轉(zhuǎn)、任意互通的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò);在國(guó)際上首先在實(shí)際地下光纜中進(jìn)行了誘騙態(tài)量子密鑰分配實(shí)驗(yàn)，安全通信距離達(dá)到32公里。
量子計(jì)算
從理論上講，一個(gè)250量子比特(由250個(gè)原子構(gòu)成)的存儲(chǔ)器，可能存儲(chǔ)的數(shù)達(dá)2的250次方，比現(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)目還要多。無(wú)論在基礎(chǔ)理論還是在具體算法上，量子計(jì)算都是超越性的。因此，對(duì)量子計(jì)算的相關(guān)研究及量子計(jì)算機(jī)的具體研制已成為世界科學(xué)領(lǐng)域最閃亮的“明珠”之一。比如，美國(guó)國(guó)防部對(duì)此就給予了高度重視，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)專門(mén)制定了名為“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”的研究計(jì)劃，其對(duì)外公開(kāi)宣稱的目標(biāo)是，若干年內(nèi)要在核磁共振量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算、諧振量子電子動(dòng)態(tài)計(jì)算、光量子計(jì)算、離子阱量子計(jì)算及固態(tài)量子計(jì)算等領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展。
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