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图1：Bereneice Sephton 正于量子光学试验室中做量子传输试验。

来自南非Wits年夜学及西班牙光子科学研究所（ICFO）的研究职员，经由过程非线性光学技能展示了光模式的量子传输。

这一切都源在如许的思索：假如用非线性光学元件代替线性光学元件（见图 2），会发生甚么？于量子远距传态（teleportation）的环境下，这象征着再也不需要分外的光子。仅用一对于纠缠光子，该团队就创造出了一种高维度的量子远距传态要领。

图2：线性光学元件 分光镜的特写，它是量子远距传态的传统东西。

该团队的要领初次证实：图象可以于收集上传输且其实不需要物理发送图象，这降服了传统量子线性光学要领的局限性。

于试验演示中，研究职员仅用两个纠缠光子作为量子源，就实现了高达15维度的量子传输，将信息从发送端（Alice） 远距传态 到吸收端（Bob）。实现这一传输的法门是甚么？非线性光学探测器的利用，免除了对于更多光子的需求，并合用在任何信息发送模式。最主要的是，他们的要领可以扩大到更高维度，这为高信息容量的量子收集毗连打开了年夜门。

远距传态是量子收集的焦点要求，可是咱们从已往远距传输二维量子态的经验中知道，增长维度长短常坚苦的。 Wits年夜学物理学院的卓异传授Andrew Forbes（在2015年成立告终构光试验室）说到， 二维传输需要四个计数率很是低的纠缠光子，并且每一增长一个维度，都需要增长纠缠光子对于 这是不成能的。

非线性晶体要领是怎样事情的？

该团队利用一个尺度的非线性晶体作为非线性光学元件，并作为探测器的一部门。两个光子进入非线性晶体并联合，然后经由过程上转换历程（upconversion process）孕育发生一个新的光子（见图 3）。

图 3：非线性历程利用两个光子输入非线性晶体，然后孕育发生一个输出光子。

年夜大都纠缠态是由非线性晶体的自觉参量下转换（SPDC，spontaneous parametric down conversion）历程孕育发生的，即一个光子输入，两个光子输出。 Forbes 说， 但咱们的非线性晶体探测器却偏偏相反，它用两个光子输入，孕育发生一个光子输出，以是咱们将其称之为反SPDC。事实证实，反SPDC恰是实现量子态切确传输所需要的全数前提。

量子远间隔通讯是信息安全范畴不成或者缺的一部门，卫星之间的二维量子通讯（量子比特）已经经证实了这一点。与传统的通讯比拟，量子通讯好像充足安全，由于量子通讯每一次发送的比特可以用 1 （有旌旗灯号）及 0 （无旌旗灯号）来暗示。可是，量子光学更进一步，可以增长传输信息的容量，且可以或许单次传输更繁杂的体系，例如指纹某人脸。

是远距传态还有是量子传输？

该团队的事情为远距传态或者量子传输打开了一扇全新的年夜门。它降服了传统的基在线性光学传输要领需要更多光子所带来的巨年夜挑战。

咱们的要领只需要两个纠缠光子，但一样也面对着巨年夜挑战：要真正实现远距传态，必需年夜幅提高非线性晶体的效率。 Forbes说， 咱们的事情提供了一条使人高兴的摸索门路，有很多悬而未决的问题及挑战，而且可以或许促成人工质料的非线性效应研究。

这项事情也让人们看到了甚么才是真实的远距传态。Forbes说， 争辩的核心于在，拥有探测器的探测者是否必然不知道、还有是不该该知道被传输的量子态。 于咱们的要领中，探测者可以知道，但不需要知道。这真的是远距传态吗？咱们认为是，但也有人差别意。为了安全起见，咱们称之为量子传输。一方可以于不发送信息的环境下将信息传送给另外一方。咱们认为这对于量子收集来讲很是酷，也很是有价值。

经由过程光模式向另外一小我私家/集体（好比银行）发送信息，而无需现实发送信息，这一律念很是使人震动（见图4）。 假定你想向银行发送一个指纹，而银行向你发送了一个没有携带任何信息的光子， Forbes注释说， 把这个光子与你的指纹堆叠于一路，这些信息就被当即传送到银行。任何阻挡银行光子的人都一无所得，由于光子中没有任何信息。这太神奇了，并且只有于量子世界里才有可能实现。

图 4：量子光学提高信息传输的安全性。

Forbes说，正如所预期的同样，这个试验的乐成很是不成思议，虽然这类要领听起来很简朴，但却花了数年时间才患上以实现。

Forbes及 ICFO 的同事Adam Vall s都对于Wits年夜学的博士后研究员Bereneice Sephton暗示赞美，是她让这个体系最先事情并完成为了要害试验。

Bereneice Sephton于试验中有如何的履历？Sephton说， 这很使人高兴 咱们不能不于试验半途搬迁试验室，以是到末了，咱们已经经从头转变及从头设计了许多次试验装配。是以，当新的试验体系出结果时，咱们布满了成绩感。

对于在Sephton来讲，感应最酷的工作是甚么呢？ 终极成果很是好， 她说， 于某些环境下，咱们探测到的光子很是靠近本底噪声，而信息却能很好地通报了出去! 为了理解怎样提高信息容量，咱们还有将探测到的成果与理论猜测举行比力，二者很是吻合，就像终究拼好了所有的拼图。从那时起，向光子进步的相反标的目的发送信息就真的是反直觉了，而这让咱们于道理及实践上都感觉很是有趣。

使用今朝可用的技能举行观点验证明验，是一次有趣的路程，咱们要感激Sephton博士的刻意及驯服这类试验野兽所需的综合技术。 Vall s说， 这是一项真实的试验室事情结果，她应该遭到赞扬。

这个试验毫无疑难是咱们团队做过的最坚苦的试验，Bereneic的精彩体现让试验患上以乐成。 Forbes 说， 从观点上讲，这很简朴，但实行起来却花了好几年时间。她是咱们这个范畴一颗冉冉升起的新星，拥有如许的天才真是太棒了。

提高非线性晶体的效率

将来面对的一项挑战是：非线性晶体的效率必需年夜幅提高，如许才能被认为是真实的远距传态。Forbes说， 这是个年夜方针，但很是使人高兴，由于它吸引了量子学之外的其他范畴（如质料学及超外貌）的专家为咱们的全世界量子收集做出孝敬。

下一步，研究职员将对准更高维度（今朝已经经实现了15维度的量子传输）及下行光纤（down optical fiber）， 这其实不轻易，但却值患上一做。 Forbes增补道。

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