量子傳送技術：重塑未來通訊的科技革命
灣仔298電腦資訊網 報導
據外國媒體The Brighter Side of News消息，量子傳送，這個曾經只存在於科幻小說中的概念，正穩步成為一項真實的科學成就。過去十年在量子力學領域的進展，已將傳送技術從理論概念轉變為實驗現實。
科學家們現在比以往任何時候都更接近在這個尖端領域中將想像變為現實。這些突破揭示了能夠在巨大距離間即時傳輸資訊的創新方法，為計算、通訊和密碼學帶來變革性的可能性。
量子傳送的科學原理
就其核心而言，量子世界中的傳送並非像《星際迷航》等科幻作品中所描繪的那樣，將物體或人實體傳送（瞬間轉移）。相反，它涉及傳輸量子態——本質上是電子或光子等粒子的基本特性——而無需粒子本身的物理移動。
這是通過量子糾纏實現的，這種現象使得兩個或多個粒子變得高度相互關聯，以至於一個粒子的狀態會直接影響另一個粒子，無論它們相距多遠。
2022年4月，由中國科學技術大學物理學家潘建偉博士領導的一項突破性研究報告了量子傳送距離的新紀錄。潘博士和他的團隊使用糾纏光子，通過衛星成功地將量子信息傳送超過1,200公里。
這項發表在《物理評論快報》上的研究，標誌著相較於早期僅限於數十或數百公里的實驗有了重大突破。
潘博士表示：「我們已經證明，使用基於衛星的連接可以在極其遙遠的距離上保持量子糾纏。這為全球規模的量子通信網絡鋪平了道路。」
在可能性的邊緣探索糾纏
實驗成功的關鍵在於利用墨子號衛星，這顆專門用於量子實驗的中國衛星於2016年發射升空。墨子號產生成對的糾纏光子，將一個光子傳送到地面站，而另一個則留在衛星上。當地球上的光子被操控時，太空中的孿生光子會立即反映出相同的變化，證明即使在巨大距離下糾纏效應依然存在。
在發表於《自然》雜誌的一項相關研究中，荷蘭代爾夫特理工大學的研究人員在兩個網絡節點之間實現了高保真度的量子態傳送，且不損失信息。通過使用鑽石中的氮空穴中心來創建和存儲量子比特（qubits），他們展示了90%的傳送準確率，這是地面量子網絡的新紀錄。
該項目的首席科學家羅納德·漢森博士表示：「達到如此高的準確度表明實用的量子網絡是可行的。這使我們更接近於建立一個能夠進行不可破解通信的量子互聯網。」
克服量子傳送中的噪聲
量子傳送面臨的一個主要障礙是噪聲——可能干擾量子信息傳輸的不必要干擾。2024年5月，來自芬蘭圖爾庫大學和中國科學技術大學合肥分校的研究人員做出了一項突破性發現：某些類型的噪聲實際上可以提高量子傳送的品質。
通過利用多粒子混合糾纏（涉及粒子不同物理特性的糾纏），他們即使在嘈雜的環境中也實現了近乎完美的傳送。中國科學技術大學的李傳鋒教授表示：「這是在最重要的量子協議之一背景下的重要原理性實驗。」
在此基礎上，2024年6月，由郭光燦院士領導的團隊在環境噪聲存在的情況下實現了接近90%的傳送保真度。他們採用了一種涉及光子偏振和頻率之間混合糾纏的新方法，有效地抵消了噪聲干擾。這一進展是向能在實際條件下運行的實用量子通信系統邁出的重要一步。
任意維度的最佳量子隱形傳態保真度
2024年11月，北京郵電大學和中國科學技術大學的研究人員在《應用物理評論》上發表了一項研究，詳細介紹了在不同維度上實現最佳量子隱形傳態保真度的通用方法。
他們使用三維量子隱形傳態實驗驗證了他們的方法，證明了其有效性，並為更複雜的量子通訊協定鋪平了道路。
量子路由與隱形傳輸
2024 年 9 月的另一個值得注意的進展涉及使用隱形傳態的量子路由。馬裡蘭大學和劍橋大學的研究人員在《物理評論研究》上發表了一項研究，探索在相互作用約束下實現量子位元的任意排列。
他們證明，透過分佈糾纏並使用本地操作和經典通訊（LOCC）來執行量子隱形傳態，可以比傳統的基於交換的路由方法加速。這項發現對量子計算網路的效率有重大影響。
現實世界的影響：從安全到計算
這些進步的影響是深遠的。量子隱形傳態可能會導致量子網路的發展，以無與倫比的安全性傳輸資料。傳統的加密方法依賴複雜的演算法，理論上，足夠先進的電腦可以破解這些演算法。然而，量子通訊使用糾纏粒子來檢測任何竊聽行為，因為任何干擾都會破壞糾纏狀態並向發送者和接收者發出警報。
對於依賴安全通訊的政府和產業（例如銀行、醫療保健和國防）來說，這可能意味著前所未有的資料保護水準。歐盟量子網路聯盟已經投資數百萬美元，計劃在 2030 年建造一個覆蓋整個大陸的量子通訊網路。
除了安全性之外，量子隱形傳態還可以增強量子運算的效能，資訊處理速度比經典計算快得多。
由物理學家大衛舒斯特博士領導的芝加哥大學的一項研究表明，隱形傳態可以有效地遠距離連接量子處理器。該研究發表在《自然通訊》上，概述了一種透過糾纏光子連接處理器來擴展量子電腦的方法。這克服了物理佈線的限制，實現了更強大和互連的系統。
「處理器之間量子態的隱形傳輸是朝著創建可擴展量子電腦邁出的重要一步，」舒斯特博士說。 “這項技術可能會徹底改變從藥物發現到人工智慧的各個行業。”
前進道路上的挑戰
儘管取得了這些成功，量子隱形傳態仍面臨重大障礙。一項主要挑戰是退相干，即由於溫度波動或電磁幹擾等環境因素而導致的量子資訊損失。這使得長期保持糾纏成為一項技術壯舉。
量子網路由兩個超導量子節點組成，透過一公尺長的超導同軸電纜連接，每個節點包含三個互連的量子位元。 （圖片來源：自然通訊）
此外，大規模量子網路所需的基礎設施仍處於起步階段。例如，透過光纖傳輸光子會導致距離超過 100 公里的訊號遺失，而像墨子號這樣的衛星可以幫助緩解這種情況。然而，創建全球量子網路需要採用混合方法，將衛星鏈路與地面光纖電纜結合。
成本是另一個考慮因素。建設和維護量子基礎設施成本高昂，許多項目依賴政府資助。例如，2018 年啟動的美國國家量子計畫已撥款超過 10 億美元用於量子研究，包括隱形傳態。歐盟和中國也在進行類似的投資。
更大的圖景：量子的未來
量子隱形傳態的長期潛力不僅限於安全通訊和計算。在理論物理學中，隱形傳輸實驗正在加深我們對宇宙的理解。
加州理工學院（Caltech）最近的研究表明，隱形傳態可以提供對時空和黑洞本質的深入了解。加州理工學院的量子物理學家約翰·普雷斯基爾博士認為，量子糾纏可能為解決黑洞中的「資訊悖論」提供線索。
「這些實驗不僅僅是技術成就，」普雷斯基爾博士說。 “它們也是了解宇宙一些最深層問題的窗口。”
此外，隱形傳態最終可能會影響能量傳輸。雖然透過量子方法「發射」能量的概念仍然是推測性的，但早期研究表明在特定條件下傳送能量狀態是可能的。這可能為能源分配系統打開大門，該系統比目前電網效率更高、浪費更少。
改變可能
這一切對你來說意味著什麼？量子隱形傳態不再是一種未來主義的幻想，而是一種有形的技術，它正在重塑訊息（也許有一天還有能量）的傳遞方式。潘博士、漢森博士和舒斯特博士等科學家所取得的進步正在為安全的全球通訊、超級運算甚至新形式的能源傳輸成為常態的未來奠定基礎。
隨著距離和速度的障礙在這些發現的重壓下不斷瓦解，隱形傳態的現實應用開始成形。儘管仍然存在許多挑戰，但這項技術的前景是巨大的。
隱形傳送可能還沒有準備好運送人員，但它改變社會的潛力與它曾經激發的科幻夢想一樣令人興奮。
新聞來源：MSN Tech News
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灣仔298電腦資訊網的讀者可以從最近的科技進展中獲得多方面的幫助與啟發，特別是關於量子傳送技術的發展。以下是一些主要的商機和啟發：
量子通信的潛力
- 安全性提升：量子通信利用量子糾纏來檢測任何竊聽行為，這對於需要高安全性的行業（如金融和醫療）來說，提供了前所未有的資料保護水平。
- 全球量子網絡：隨著各國（如歐盟和中國）投資於量子通信基礎設施，未來可能會出現一個覆蓋全球的量子網絡，這將改變信息傳輸的方式。
商業機會
- 新技術應用：企業可以考慮將量子通信技術應用於其服務中，例如在數據傳輸和加密方面，以增強客戶信任和滿意度。
- 創新產品開發：隨著量子計算能力的提升，開發基於量子技術的新產品或服務，如超高速計算平台或安全通信設備，將成為競爭優勢。
科學研究與投資
- 科研合作：298電腦讀者可以考慮與科研機構或大學合作，參與量子技術的研究項目，以提高自身在科技領域的影響力。
- 投資機會：隨著量子技術的不斷成熟，相關企業或初創公司可能成為投資熱點，吸引風險資本和其他形式的投資。
總結
隨著量子傳送技術的進步，298電腦讀者可以把握這些科技變革帶來的新機會，不僅能提升自身在市場中的競爭力，也能參與到未來科技發展的重要浪潮中。
[完]
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