两项研究入选2015国际物理学十大突破 我国物理学单点已突进

　　图为中国科学技术大学教授潘建伟（右）、陆朝阳。资料图片

日前，世界顶级物理杂志、英国物理学会下属的《物理世界》公布了2015年度国际物理学领域的十项重大突破，中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等以“多自由度量子隐形传态”的研究成果荣登榜首；中国科学院物理所方忠、翁红明等凭借外尔费米子的先驱性研究入选。

国际物理学界为何青睐这两项研究？物理学探索正往何处去？

量子隐形传态实现由一到多的突破，物体瞬间穿越有了可能

入选“十大突破”后，潘建伟推掉了好几家媒体的采访，他想把时间集中在手头的科研上。事实上，“多自由度量子隐形传态”已经是潘建伟团队的研究成果第六次入选《物理世界》评选的年度突破，“今年是第一次冲到了榜首，也是中国科学家的研究首次位列榜首，很有纪念意义。”潘建伟说。

潘建伟把“量子隐形传态”比作“星际穿越”。1993年，这一科学幻想变成现实，物理学家在理论上证明，对微观世界的物体而言，借助神奇的“量子纠缠”，可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身。潘建伟有幸在1997年参加了世界上第一个证明该理论的实验，单一自由度量子隐形传态变成现实。此后量子隐形传态先后在包括冷原子、离子阱、超导、量子点和金刚石色芯等诸多物理系统中得以实现，但都仅限于单属性传输。潘建伟举例，“一个人有身高、体重等多种属性，但在1997年到2014年这18年间，科学界只能实现传送或身高、或体重某一种性质，没有人能传送哪怕两种属性。”

而真正的量子物理体系自然拥有多种自由度的性质，即使是一个最简单的粒子，如单光子，它的性质也包括波长、动量、自旋和轨道角动量等。2015年，潘建伟和陆朝阳的团队终于找到了“通道”。陆朝阳介绍，团队选取单光子自旋和轨道角动量作为研究对象，用额外的一组“纠缠的”量子搭建了一个“量子通道”——它们的状态彼此相连无法摆脱，所有任何施加给其中一个量子的变化都会即刻影响另一个，最终成功实现了多自由度量子体系的隐形传态。

“我们的研究可以看作是量子隐形传态由一到多的突破，首次证明一个粒子所有的性质在原理上都可以传输到遥远地点，而无需传输载体本身。”陆朝阳希望团队在几个月内可以实现10个量子的纠缠。“多体、多终端和多自由度的量子隐形传态作为量子信息处理的基本单元，在量子通信和量子计算网络中发挥着至关重要的作用。”

有人质疑，量子信息基础研发成本高昂而且实用性小，如此高投入值得吗？潘建伟很欣赏这些质疑的声音，他不否认这一缺陷，但他相信这是阶段性难题，“随着技术进步，很多成本都会降下来。光纤刚问世的时候只能造几十厘米，当时没人料想，几十年后我们的地下会建成这么完备的光纤网络。”潘建伟见证了上个世纪互联网技术在美国短时间内的快速成长，在他看来量子信息技术同理。他相信，由于高安全性的优势，在未来5年左右的时间里，量子通信技术将在金融机构、国防政务、大数据中心有大用途。在10年到15年时间里，每个人的手机里都有望植入一个量子加密芯片。“毕竟世界上第一台计算机刚造出来时，体积大得需要一个房间来装，而且也只能进行某种运算。”潘建伟说。