科技報報/重大突破!大陸領先世界實現量子指紋識別

大陸新聞中心/綜合報導

2016-06-23 15:46:02

中國科學技術大學潘建偉院士。
中國科學技術大學潘建偉院士。
據最新消息,中國科學技術大學潘建偉院士及其團隊,利用線性光學系統,在20公里長的光纖通道中首次實現了量子指紋識別(Quantum Fingerprinting),突破了經典通道傳輸的極限,使得光纖資訊傳輸的效率提高了80%以上,並將該成果發表在國際物理學權威學術期刊《物理評論快報》上,得到世界物理學界的普遍讚譽和高度認可。
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根據雷鋒網報導,需要注意的是,這裡的量子指紋識別和我們常見的智慧手機指紋識別並沒有關係,而是一種資訊傳輸中使用的完整性校驗機制。當在通道中傳輸了N比特的消息之後,收發雙方需要進行資訊比對,經典方法所需要傳送的最小資訊量為 √N 比特,而量子指紋識別可以將需要傳送的資訊量降低為 logN 比特,以指數級提高了通道容量和傳輸效率。
近年來,隨著互聯網技術的迅猛發展和大數據時代的到來,光纖通信網路的業務量正在以指數級的速度高速增長。如何利用有限的光纖傳輸帶寬來實現高效的資訊傳輸,一直是擺在科學家們面前的一個難題。可是,隨著量子通信的發展和應用,對如何解決該問題指明了新的方向。
首先,利用量子糾纏效應實現的量子通信技術,有絕對的安全性。其次,利用量子力學的疊加原理,還可以大大提高資訊的傳輸效率。正是由於以上兩大優勢,科學家們普遍認為量子通信將會是未來的發展方向。
早在2001年,量子指紋識別的相關理論就被學者提出,但受限於各種技術條件,國際上以往的實驗都未能突破現有的經典資訊系統極限。這次潘建偉團隊搭建了具有主動相位補償的20公里長雙Sagnac干涉儀,結合中科院上海微系統所超導實驗室研製的超低雜訊超導奈米線單光子探測器,最終實現了傳輸資訊效率比經典方法高84%的量子指紋識別。不但是世界上首次突破經典極限的量子指紋識別,也是首次在實驗中觀測到量子通道容量相比經典通道的優越性。
按照中科大官方的報導,潘建偉院士及其團隊,與中科院上海微系統與資訊技術研究所、美國麻省理工學院的科研人員通力合作,此外還得到了中科院量子資訊與量子科技前沿卓越創新中心、中科院超導電子學卓越創新中心、中科院-阿里巴巴量子計算實驗室、基金委、科技部、教育部等各個部門和機構的支持。
潘建偉團隊的相關成果在《物理評論快報》審稿時,審稿專家對這一工作的重要性給予了高度認可,稱讚這一實驗『提供了量子密鑰分發之外的量子資訊的重要應用』。歐洲物理學會下屬網站《物理世界》在文章未發表之前就進行了相關報導,報導援引國際著名量子通信專家Norbert Luetkenhaus的評論說:『這項研究將開啟其他很多(量子通信)方面的新應用。』

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