破解爱因斯坦未解之谜的密钥

中国科技大学教授潘建伟曾在2003年国庆前夕说，“我们希望通过对量子力学基础以及量子信息的研究，能够为找到爱因斯坦未解之谜的‘密钥’做出贡献。”多瑙河畔的量子纠缠经典理论认为信息处理的最基本单元是比特，即二进制数0或1，一个按照一定数学规则给出的随机二进制数据串构成一个密钥，经典通信中最难解决的问题是密钥分配问题。如果密钥分配不是绝对保密，经典密码通信也就不可能绝对保密。然而，科学家最近开展的研究发现，基于量子力学线性叠加原理和不可克隆定理的量子密钥分配，却可以从根本上解决密钥分配这一世界性难题。

“为了对一个400位的阿拉伯数字进行因子分解，目前最快的超级计算机将耗时上百亿年，而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机只需大约一分钟。因此，人们一旦拥有了一台量子计算机，那么目前的密码系统将毫无保密性可言！”潘建伟在国内的导师张永德说。潘建伟和他的外籍同事一起，今年在多瑙河两岸开展的一项实验表明，两个相距遥远的光子即使在没有光纤联结和噪声干扰的情况下，也可以纠缠在一起。而在他们开展以上实验之前，两个粒子间的量子纠缠要么发生在相对很短的距离，要么将两个粒子通过光纤联结起来。多瑙河两岸的实验表明，不管两个粒子之间的距离有多远，哪怕其间全是“自由空间”，二者也有根本的互相联系，其中一个粒子状态的变化都会影响到第二个粒子的状态。潘建伟对有关负责人说：“量子纠缠”的这种现象蕴含着的神奇力量，也许今后会形成超级量子计算机和“万无一失”的密码系统的基础。5月22日，国际最权威学术期刊《自然》杂志以封面形式，突出报道了潘建伟博士在量子领域的突破性进展，并发表了他为通信作者和第一作者的《任意纠缠态纯化的实验研究》论文。2001年出版的《自然》杂志，曾以《量子通信中的纠缠态纯化》为题发表过潘建伟等人的研究论文，《自然》杂志的审稿人称赞该论文“开辟了量子通信研究的新方向”。《自然》杂志的新闻网站还专门撰文介绍了这一研究成果，称之为“远距离量子通信研究的一个飞跃”。如今，《任意纠缠态纯化的实验研究》最新成果不仅使得遥远两地之间高品质纠缠态的产生成为可能，还使得远距离量子通信的实验实现了由自然王国向必然王国的飞跃。“你今后的研究工作还愿意和爱因斯坦‘纠缠’，继续破解量子物理中的未解之谜吗？”记者问。“我希望通过对量子纠缠的进一步研究，能够揭示出自然界一些为前人所不了解的特性，也希望我们今后开展的研究工作，能够为最终解决令爱因斯坦迷惑一辈子的‘量子力学非定域性’有所帮助。”潘建伟这样回答。(www.xing528.com)

“远程传送这一词汇最初源于科幻小说的《星际旅行》。星球战士可以在某一地点突然消失而瞬间出现在遥远的另一点。现实生活中是否真的存在某种手段，可把某一客体以最快捷的方式送到遥远的另一地点？如果有，又将是一种什么手段？”潘建伟说：“以上种种问题，科学家未来需要探究、加以实现。”最近6年里，潘建伟做出了多项原创性的世界级成果，他首次成功地实现了量子态隐形传送以及纠缠态交换，欧洲物理学会、美国物理学会分别评选该工作为1997年度世界物理学的十大进展之一，《自然》杂志从百年来在该杂志发表过的物理学论文中选出21篇经典性论文，该研究成果也在其中；首次成功实现三光子、四光子纠缠态，并利用多粒子纠缠态首次成功地实现了GHZ定理的实验验证，揭示了量子力学非定域性与爱因斯坦定域实在论之间的矛盾，被美国物理学会评为1999年度世界物理学的十大进展。潘建伟教授累计已在《自然》上发表论文5篇；在国际刊物《物理评论快报》发表论文14篇，相关论文被国际同行引用1000多次，其中，关于量子态隐形传送的论文是目前国际量子信息实验领域引用频次最高的论文，也是1997年在国际上发表的所有学术论文中引用频次最高的十篇论文之一。就在前不久的几天里，潘建伟被《物理评论快报》接连告知，他和中科大的同事关于《四光子最大纠缠态中量子力学非定域性的实验检验》、《两粒子纠缠态的充分必要判据》两篇论文被接受发表。“现代量子物理研究的不断进展，无疑为人类铺就了一条让幻想走向现实的道路。或许积以时日，几个世纪之后就能够传输人类本身，不仅是像《星际旅行》中那样的科学幻想而已。”潘建伟说：“但我们在‘星际旅行’前，一切的科学研究都要脚踏实地。”