貝爾態測量實驗裝置

『壹』 量子互聯網時代巨大飛躍：科學家推出全球首台新型Bell態分析儀

科學家們對量子力學的掌握程度越來越高，預示著一個新的創新時代的到來。利用自然界最微小尺度的技術在科學領域顯示出巨大的潛力， 從功能超強的計算機、到能夠探測難以捉摸的暗物質的感測器，一直到幾乎無法攻克的量子互聯網。

美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）、自由光子學和普渡大學的研究人員設計並演示了 第一台用於頻率編碼的Bell態分析器，從而向全量子互聯網邁出了一大步 。 他們的發現發表在 Optica 上。

在信息通過量子網路發送之前， 它必須首先被編碼成量子狀態 。這些信息包含在量子 bit 或用於存儲信息的經典計算「 bit 」的量子版中，它們糾纏在一起， 這意味著它們處於一種無法相互獨立的狀態 。 當兩個量子位處於「bell態」時，兩個量子bit之間的糾纏被認為是最大的。

測量這些 bell 狀態對於執行量子通信的許多協議至關重要。雖然這些測量已經進行了很多年，但 該團隊的方法代表了第一個專門為頻率編碼開發的 Bell態分析器 ，這是一種量子通信方法，可以同時利用駐留在兩個不同頻率中的單個光子 。

研究人員約瑟夫盧肯斯指出：「測量這些貝爾狀態是量子通信的基礎，要實現傳送和糾纏交換等事情，你需要一個bell態分析儀。」

「想像一下，你有兩台通過光纖網路連接的量子計算機，由於空間上的分離，它們無法單獨互動。但是，假設它們每個都可以在局部與單個光子糾纏在一起。通過將這兩個光子沿光纖發送，然後在它們相遇的地方對它們進行bell態測量，最終結果將是兩台遙遠的量子計算機糾纏在一起。 這種所謂的糾纏交換是構建復雜量子網路的關鍵能力 。

雖然共有四種bell態，但分析儀在任何給定時間只能區分兩種。但這非常好，因為測量其他兩個態將帶來不必要的巨大復雜性。

該分析儀採用模擬設計，保真度達到 98%；剩下的 2% 錯誤率是測試光子的隨機 制備所產生 的不可避免的雜訊，而不是分析儀本身。

使用在 ORNL 開發的量子頻率處理技術，研究人員展示了廣泛適用的量子門，或執行量子通信協議所需的邏輯操作。在這些協議中，研究人員需要以用戶 自定義 的方式操縱光子。

傳統計算機和通信技術中使用的操作（如 AND/OR）是分別對數字 0 和 1 進行操作，而量子門則在 0 和 1 的同時疊加上操作，從而在量子信息通過時對其進行保護，這是實現真正的量子網路必需的現象 。

雖然頻率編碼和糾纏出現在許多系統中並且與光纖自然兼容，但使用這些現象來執行數據操作在傳統計算機上被證明是困難的。

隨著bell態分析儀的完成，盧肯斯和他的同事們正在尋求拓展到一個完整的糾纏交換實驗，這將是頻率編碼領域的首個此類實驗。

參考文獻：

Navin B. Lingaraju et al, Bell state analyzer for spectrally distinct photons, Optica (2022).

『貳』 超表面啟用量子邊緣檢測

超表面的原理圖使量子邊緣檢測成為可能。(A)超表面設計用於對首選線偏振進行邊緣檢測。|V >，即極化態與分析儀正交。虛線表示電路徑。這個問號意味著預告臂的閑散光子的極化選擇是未知的。如果薛定諤的貓被來自偏振糾纏源的未知線性偏振光子照亮，圖像將是規則的「固體貓」和邊緣增強的「輪廓貓」的疊加。「(B)指示臂的開關狀態為打開或關閉。當預告臂的空閑光子被投射到|H >，它指示開關狀態，並導致一個堅實的貓捕獲。當預告光子被投射到|V >時，在開關狀態下獲得了一個邊緣增強的輪廓cat。(C和D)固體貓的計算結果和實驗結果。(E和F)分別為邊緣增強輪廓cat的計算結果和實驗結果。來源: 科學的進步 , doi: 10.1126 / sciadv.abc4385

超表面提供獨特的平台來實現奇異的現象，包括負折射，消色差聚焦，以及由於工程介質或金屬結構的電磁隱身。超表面和量子光學的交集可能會帶來有待 探索 的重大機遇。在最近發表在《科學進展》雜志上的一篇報告中，周俊曉、劉世凱和一個中美兩國的量子信息、納米光電子器件和計算機工程研究團隊提出並演示了偏振糾纏光子源。他們利用該光源在成像系統中根據高介電超表面將光學邊緣模式切換到開或關狀態。該實驗豐富了量子光學和超材料的研究領域，為實現具有顯著信噪比的量子邊緣檢測和圖像處理提供了廣闊的前景。

將量子糾纏和邊緣檢測相結合

光子超表面是由設計的金屬或介質結構組成的二維超薄陣列，可以促進電磁場對局部相位、振幅和極化的操縱。研究人員通常為經典光學的各種應用開發這種能力。量子糾纏在量子光學中有著重要的應用，包括量子密碼學、隱形傳態、超分辨計量學和量子成像。最近的努力顯示了一種趨勢，將超表面與糾纏光子結合起來，在量子光學中有潛在的應用。邊緣檢測是圖像處理中定義圖像區域之間邊界的另一個因素。它是計算機視覺中的一個基本工具，用於預處理自動化的醫學成像，並構成自動駕駛 汽車 的關鍵組成部分。超表面邊緣檢測可用於量子光學，為遠程式控制制圖像處理和密碼學提供可能性。在本研究中，Zhou等人實現了一種偏振糾纏光子源和高效超表面激活的可切換光學邊緣檢測方法。該組合策略在相同的光子通量水平(單位面積每秒的光子數)下顯示了高信噪比。

用「薛定諤的貓」的概念

Zhou等人利用薛定諤的貓的概念來說明可切換量子邊緣檢測方案的預期性能。綜述了基於經典連續波(CW)光照明的邊緣檢測的基本原理。在實驗裝置中，邊緣檢測成像臂獨立於糾纏源和預告臂，以及重合測量組件。當入射光子達到水平偏振狀態時，被照亮的光束通過一個貓形的孔和一個工程超表面，隨著水平位移分離成一個左、右撇子重疊偏振圖像。重疊的組件通過水平方向的分析器，形成「實貓」圖像。然而，如果入射光子垂直偏振，重疊的組件重新組合成一個線性偏振組件，這個組件完全被分析儀遮擋，只形成貓的輪廓。因此，研究人員利用偏振糾纏光子作為照明源，以這種方式開發了量子可切換邊緣檢測。

實驗設置和偏振糾纏光子對

糾纏源的特性。(A)在2秒內，符合度計算為一個輸出埠的HWP角θ2的函數。計數數據和干涉的紅色(藍色)對應於水平(對角)投影基底。實線對數據是正弦擬合的，誤差條是通過在光子計數中假設泊松光子統計來估計的。誤差條是通過多次測量得到的。(B和C)重構的雙光子態的密度矩陣ρ的實部和虛部。來源: 科學的進步 , doi: 10.1126 / sciadv.abc4385

研究人員在嵌入Sagnac干涉儀的20毫米長的II型相位匹配周期性極化磷酸鈦酸鉀(KTiOPO4/PPKTP)晶體中使用自發參量下轉換過程產生偏振糾纏光子。他們將晶體的溫度設置為17攝氏度，並使用兩個寬頻介質鏡和一個雙波長偏振分束器形成自穩定的Sagnac干涉儀。然後，他們使用了405nm的連續波單頻二極體激光器，通過一對優化焦距的透鏡聚焦泵浦光，使晶體中心的束腰接近40微米。為了平衡順時針和逆時針方向的功率，Zhou等人在Sagnac環前面使用了1 / 4波片(QWP)和半波片(HWP)。

利用雙波長偏振分束器，他們分離了由兩個反向傳播光束泵浦的下轉換光子對，分別送進成像臂和傳兆臂。Zhou等人還利用Pancharatnam-Berry相設計了該裝置中使用的超表面，並通過在矽片內掃描飛秒脈沖激光器來制備它。然後利用掃描電子顯微鏡觀察硅板中自組裝的納米結構，並在強激光照射下顯示其來源，以產生超表面。該團隊簡要介紹了從Signac環產生的偏振糾纏簡並光子對的量子態制備。他們利用貝爾態(不可分量子糾纏最簡單的例子)通過調整實驗裝置來完成這項工作。Zhou等人利用量子層析成像和重建雙光子密度矩陣測量量化了雙光子態的糾纏質量。

基於糾纏態的量子邊緣檢測具有較高的信噪比。(A和C)邊緣檢測圖像由預告檢測器觸發。(B和D) ICCD內部觸發的直接圖像。(C)和(D)分別沿(A)和(B)中的白虛線計算。來源: 科學的進步 , doi: 10.1126 / sciadv.abc4385

量子糾纏使量子邊緣檢測成為可能

在確認了產生的偏振糾纏光子對的質量後，他們演示了可切換的量子邊緣檢測。為了實現這一點，他們准備了光子水平或垂直的線性偏振狀態使用設置，並將光子耦合到光纖，並將它們發送到邊緣檢測圖像系統，以捕獲最終的可選圖像，通過強化電荷耦合設備相機(ICCD)。例如，Zhou等人獲得了兩幅有微小位移的重疊圖像，位移方向與超表面的相位梯度方向一致。當他們增加超表面結構的周期時，他們減少了兩個重疊圖像之間的偏移，以實現高解析度的邊緣檢測。量子邊緣檢測方案的另一個優點是其高信噪比(SNR)，該團隊可以在設置過程中顯著降低環境雜訊，而雜訊只會在很短的時間內累積。相比之下，在經典光學中，雜訊會持續累積。作為概念的證明，他們獲得了一幅具有顯著信噪比的邊緣圖像，用於改進基於糾纏的實驗性量子邊緣檢測。

前景

通過這種方式，周俊曉、劉世凱及其同事利用超表面濾波器和偏振糾纏源結合，實現了量子糾纏的量子邊緣檢測。超表面提供了超薄和輕量化的光學元件，具有精確設計的相位剖面，以獲得各種功能，形成一個更緊湊和集成的系統。該設置將有助於安全應用程序的概念，包括圖像加密和隱寫。該方法還提供了一個吸引人的信噪比(SNR)，適合於生物醫學中各種需要光子的成像和感測應用，包括跟蹤酶反應和觀察活的有機體或光敏細胞。

『叄』 說說一個驚天騙局是怎樣形成的

說說一個驚天騙局是怎樣形成的
今年八月九月在《自然》雜志上先後刊出文章「百公里自由空間通道上的量子隱形傳輸與糾纏分發」（下稱文1）和「143公里上用主動前饋的量子隱形傳輸」（下稱文2）。文1受到好評：「為基於衛星的量子通信、遠距離的量子力學基礎檢驗鋪平了道路」，「來自於潘建偉小組的另一個英雄的實驗工作」，「有望成為遠距離量子通信的里程碑」。文2主持人澤林格稱：「我們的實驗表明，量子技術如今是如何地成熟，在實際應用中如何地有用。」他們給人的印象是，量子隱形傳輸技術已經成熟，下一步該是准備建覆蓋全球的量子通信網路。澤林格得知我國要發射量子衛星後，專程來了兩次，希望能參與這項工作。「湯森路透」組織發布的2012年度諾貝爾物理獎預測中，首列了貝內特，布拉薩德和沃特斯，因他們開創性地提出了一種量子傳輸協議，該協議已經通過實驗驗證。這種傳輸很神奇，貝內特把它比作伏都教的通靈術。文1和文2都是這協議的實施範例和驗證。
對文1，《物理世界》網上有人評論：「我們渴望宇宙的奇跡，但像這樣的文章讓我們失望。...我發誓可以用6個字母的單字voodoo（通靈術）解釋量子隱形傳輸。」日內瓦大學的尼古拉斯·吉辛是歐洲搞量子信息第二大團隊的領軍人，隔空鬼魅作用的鐵桿支持者和最瘋狂的鼓吹者，不知怎麼滴，這回倒認為，潘建偉組在青海湖上隔空傳輸的一個「比特」是欺騙，一樁隱性詐騙（it "cheats a bit". One potential cheat）。顯然他不認可其實驗路線和實驗結論。國內網上對此類胡作非為有過猛烈的痛斥：「這也敢拿出來，你真以為人都傻了嗎？」「假的，不可能」，「偽科學」，「忽悠，接著忽悠」，「劉謙的魔術」，「中國又開始出新的氣功大師了」，「見鬼了吧」，「愚人節嗎？」。他們像一群嚷嚷皇帝沒有穿衣服的孩子，恐怕科學史上沒有一篇論文有過如此的遭遇。據說：諾貝爾物理獎得主克特勒非常反感這種不觸及真正物理問題的所謂時髦工作，說澤林格不懂物理，最會的就是用分束器把一束光分成兩束[做貝爾態測量和制備多光子糾纏態]，又挺會搞錢，招了一大批學生給他幹活。另一位得主康奈爾也表示類似的看法，絕對不支持他的學生用BEC[玻色-愛因斯坦凝聚]做量子信息。還有，關於量子隱形傳輸和文2，量子光學大師、諾獎得主格魯伯說：「起初，我試圖謹慎地跟蹤其發展，但開始就連在設想什麼和究竟領悟了什麼都難以區分，更不用說對於居然已經實現的什麼了。」據知，美國國防部早就否定量子隱形傳輸項目。政府在新一輪科技規劃中已停止對光量子信息項目的支持，並從國家標准和技術研究所的量子計算組撤回資金，洛斯阿拉莫斯國家實驗所也失去對量子加密研究的資助。顯然的原因是花了大錢，實事一項無成，很可能在懷疑那是一個大騙局。
對於隱形傳輸，以往有記者去過這種工作的實驗室，想看看光子到底是如何隱形傳輸的，好像很失望，除了看到在符合計數器上得到的一些曲線之外，沒有別的。那麼要問，不用符合計數器，遠離的雙方能否獨立觀察光子的態的隱形傳輸？當然最好是不用，但是1997年以來的歷次實驗表明，離開符合計數器就什麼戲也沒有了，它們像是魔術師的必備道具。看來，文1和文2的作者們不免有按願望分析數據和做出想要結論的嫌疑。一般實驗結果本身就是提供證據，很少需要做其它驗證，而量子隱形傳輸實驗常常還需要做某種驗證，否則缺少說服力。這種傳輸多般用貝爾型不等式（CHSH不等式）的違反來驗證。文1在5月發布的預印本中，未報道這種驗證，在8月的論文中補充說：「CHSH不等式的違反經無定域性漏洞觀察。」後面將指出CHSH不等式本身沒有科學意義。做科學實驗要准備失敗，甚至是必由之路，但一再編造不反映事實真相的成果就有問題了，演示量子隱形傳輸的實驗似乎屬於這種情況。
再細看實驗路線，量子隱形傳輸理論要求貝爾態測量作為其實現的關鍵步驟，這種測量需要一個被傳輸的態與糾纏態相乘的乘法器，還需要一個貝爾態分析器。在文1和文2中，他們用半透半反鏡做乘法操作，用一些偏振分束器、光子探測器和符合計數器的聯合做貝爾態分析。但是，對半透半反鏡的物質結構及它與光的相互作用機制我們是非常清楚的，它是線性光學器件，顧名思義它不能用來做非線性的乘法操作，而所用的貝爾態分析系統也不靠譜，只能觀察貝爾態的一些特性，無決定性的意義。其乘法操作的目的是產生糾纏交換，不幸，他們是依靠非物理的（子虛烏有的）波函數坍縮產生想要的糾纏交換，如一本量子信息物理教材中講的：「盡管兩個光子之間（以及分束器中）並不存在可以令光子極化狀態發生改變的相互作用，但「全同性原理的交換作用＋符合測量坍縮」還是使兩個光子極化狀態發生了改變——糾纏起來。」由兩個體系的態通過線性光學器件混合成的態原則上是可以分解成各子系的態，即不可能有這種糾纏交換發生。還有，文1中報道測得光子態隔空傳輸的平均保真度為0.804，文2報道其平均保真度為0.863，實際上光子的態根本無隔空傳輸的可能性，哪來的保真度，這種所謂的保真度是接收方在光束上按願望分析實驗資料得出到的結果。量子隱形傳輸理論是依據鬼魅隔空作用建立的，因此這種傳輸不僅依據的理論是錯誤的，他們的實驗演示也是由一系列錯誤操作構成，研究工作實在太不嚴謹，有投機的意味。對貝爾態測量和隱形傳輸，澤林格（2000年）杜撰傳輸一個大活人來說事：「對輔助物和[要發送的]這個人進行聯合[貝爾態]測量把他們變成一個隨機的量子態，以及產生了大量隨機的（但有意義的）資料——每個基元態2比特。因鬼魅隔空作用，這一測量也瞬間改變了遙遠對應物的量子態[變成了那個被發送的人]。」常聽說，隔空傳輸的科學幻想於1997年終於實現，那是一個彌天大謊。隔空傳輸是幻想，但不是屬於科學幻想，是巫術。如果量子巫術獲諾貝爾物理獎，那我們有大大的好戲看了。
就數學表述的完美性和成效而言，量子力學好到無與倫比，但就物理思想而論，這個理論竟爛到不明物理實在，詮釋無奇不有，紛爭不已。費曼認為「無人懂量子力學」，不懂例如指不知道一個粒子到底是如何同時通過雙縫發生干涉的。還有，不知道一對全同粒子到底是如何發生糾纏的。拉比在玻爾誕辰百周年紀念大會上講：「我覺得，我們還未得要領，下一代人，他們一旦找到那個要領，就會拍拍腦袋說，他們過去怎麼會想不到的呢？」量子干涉的玻爾互補原理解釋和海森伯的不確定性原理解釋導致他們否定微觀粒子的實在性，而量子糾纏的愛因斯坦的隔空作用解釋導致他本人不虔誠相信量子力學。他因堅持定域實在論而被人稱為老頑固。的確，用貝爾型潛變數——粒子的位置、動量、自旋等——肯定無望建立起量子理論，這好像不僅說明實在論荒謬，而且說明量子力學意味著分離的物體間存在隔空作用，因此一個極端尖銳的問題擺在物理學家和哲學家的面前。隨著進入信息時代，因渴求新的信息理論和技術，反對愛因斯坦的定域實在論思想達到了高峰。特別是，出現了根據非定域關聯的量子隱形傳輸理論和其「實驗實現」。愛因斯坦不相信存在像傳心術那樣的鬼魅隔空作用，薛定諤稱之為巫術。科學地看，絕不可能有無需載體、無需時間、無論多遠、無任何東西能夠阻擋的信息傳輸通道。量子力學哪裡告訴我們傳遞信息可以不用物理載體？脫離載體的信息傳遞是不可思議的。事實表明，即使不懂量子力學，只要不失科學精神，照樣能取得輝煌成就。然而，如果不懂裝懂，基於對量子力學的錯誤認識編造虛假實驗事實，那就要引起警惕了。
幾乎沒有人會相信神出鬼沒、超距感應的事情，這類玩意兒只見於幻想小說或電影，像《西遊記》、《星艦奇航記》。驚人的是，1997年以來，在科學雜志上發表的有關論文中都聲稱這樣的事已經真的實現，以致期望帶來一場新的技術革命。以量子隱形傳輸為基礎的量子信息技術是一場革命還是一個騙局？下面我們來看這個「革命」或「騙局」是怎樣形成的。
(1)波函數坍縮假設的謬誤
波函數坍縮假設是1927年海森伯提出來的。坍縮是指，一個體系的某個觀察量在被觀測時，體系的波函數即刻坍縮到該觀察量的本徵態。如果觀察量是粒子的位置，則坍縮到一個點狀波包，認為它代表一個實在粒子。愛因斯坦不接受這個假設，認為不能想像一個無限擴展的平面波會在探測屏上瞬間坍縮成一個很小的波包。薛定諤杜撰一個貓思想實驗用來暴露和嘲笑波函數坍縮假設的荒謬性，因這個假設意味著人眼的最後一瞥決定貓的死活。海森伯後來（在1960年）明白表示波函數坍縮不是實在的物理過程，是一種數學過程。這里存在著波函數是實體還是實體的某個方面的問題，或者，實體原本不存在，而是為觀測所創造。如果實體原本存在，則不可能發生如此般的坍縮。在劍橋的一次會議上，90位物理學家有一次非正式投票，只有8位宣稱它們的見解與波函數坍縮有關。加之因波函數坍縮無任何可信的實驗證據，有人稱之聲名狼藉。我們總是相信，測量到的一定是測量前存在的，至多加上測量所引起的某種變化。科學解釋因果關系，所有科學分支都服從因果律，而波函數坍縮假設違反因果律，因此許多人歡迎不含波函數坍縮的量子力學詮釋，這類詮釋有，玻姆的潛變數詮釋，多世界詮釋，一致性歷史詮釋和系綜詮釋等。澤林格等認為符合計數測量引起的波函數坍縮——「後選擇」，能使前置的半透半反鏡成為量子糾纏器，這是他們制備多光子糾纏態的唯一辦法，因為靠晶體的非線性連產生三光子糾纏態也還希望渺茫。非物理過程怎麼能產生物理過程量子糾纏呢？不論量子糾纏的真相如何，僅憑這個情況看，用半透半反鏡結合符合計數測量制備多光子糾纏態是魔術，所稱的各種應用都是畫餅充飢。澤林格認為：「最基本的思想是，信息是量子力學的中心概念。所以，量子力學並不是關於實在的，而是關於信息的，關於知識的。」「信息在做判斷時是量子化的，所以世界就表現為量子化的。」用這種唯資訊理論解釋波函數坍縮也無意義。為了協調量子的波動性和粒子性的沖突，乃至解決量子力學的詮釋問題和測量問題，我們不得不去猜想潛在的實體和潛在的變數。已經發現，潛波作為變數天生與薛定諤的波動力學相容，用潛波等權疊加的初包能描述一個微觀粒子，以及用它的含峰片（實體）與不含峰片（准實體）的聯合能解釋一切量子干涉現象，這證明波函數坍縮是臆想，是多餘的假設，也說明以表觀坍縮代替名副其實坍縮的退相干綱領沒有意義。波函數坍縮假設是量子隱形傳輸理論的要素之一，在文1中稱瞬間投影。
(2)貝爾不等式理論的謬誤
亨利·斯塔普稱貝爾不等式理論是「最深刻的科學發現」。貝爾不等式的建立有三個假設：1.量子力學是正確的，2.愛因斯坦的實在論或（和）定域性成立，3.觀察量是潛變數（如坐標、動量、自旋角動量等）的統計平均。第3條因想當然而常被省略，這條是關鍵，不等式的推導完全按這一條的思路完成。量子力學公認是正確的，沒有問題，而又默認「觀察量是潛變數的統計平均」，因此，貝爾型不等式的實驗檢驗違反，就被認為無疑證明了實在論和定域性至少有一個不成立。這個結論的合理性似乎無可懷疑，近半個世紀以來在物理學界和哲學界獲得廣泛的認同。然而我們很清楚，微觀粒子的行為與經典質點的行為非常不同，「觀察量是潛變數的統計平均」這個假設未擺脫經典質點行為的意味，這至少說明這個假設是值得懷疑的，因而貝爾不等式的合理性值得懷疑。常聽說阿斯佩克特等的實驗證明了非定域性，這個說法也有問題。現在，我們在這里列出一部分量子物理專家對貝爾不等式的批評：
(1)洛察克（G. Lochak）：「依我之見，貝爾不等式的實驗違反無關於所謂的「非定域性」或「非分離性」。這違反只不過表明量子幾率不是經典幾率！」
(2)德拜銳（W. De Baere）等：「首先，必須認為量子數學體系本身是完全定域的，意即在一個地方的測量結果統計不依賴於遠處另外的同時作用。並且，在所有現時有趣的量子場論中，對類空間隔(x-y的平方)，觀察量的對易子 [A(x),B(y)]等於零，這保證定域性。」
(3)佩雷斯（A. Peres）等：「貝爾定理並不意味著量子力學本身存在任何非定域性。特別是，相對論量子場論明顯是定域的。簡單而顯然的事實是，信息必須被量子化或不量子化的物質攜帶。因此量子測量不允許任何信息傳送快於實驗中發射的粒子格林函數中出現的特徵速度。」
(4)阿德尼爾（G. Adenier）：「雖然證明貝爾不等式違反的實驗愈來愈准確和無漏洞，必須強調，不管如何地准確和接近理想，它們能證明的不外乎量子力學的有效性，而不是那定理的有效性。」
(5)貝尼（G. Bene）：「然而，我們堅持認為這樣的結論[分離體系能夠互相影響]在物理上不能被接受。定域性原理（或愛因斯坦分離性）在所有物理學分支中，甚至在量子物理中，包括最深奧的量子場論，我們已經用得很好。頗難相信它只在測量情形中失效。畢竟，測量只是兩個物理體系間的作用，其一是原子組成的宏觀測量器件，對它的結構和作用我們從量子力學有相當好的了解。無留給神秘非定域影響的餘地。」
(6)阿卡笛（L. Accardi）等：「我們證明定域條件與貝爾不等式不相關。我們檢查認為貝爾不等式的實際起源是經典（柯爾莫戈洛夫）幾率理論可應用於量子力學的假設。」
(7)散托斯（E. Santos）：「實際上至今被實驗上違反的所有不等式都不是單獨從實在論和定域性條件推導出的真正貝爾不等式，而是要求輔助假設推導出的不等式。頗為顯然，這種不等式的違反不能駁倒整個定域潛變數理論家族，而只是有限的家族，即滿足輔助條件的那一些。」「依我之見，錯誤信仰[定域潛變數理論已在實驗上被駁倒]影響的擴大是二十世紀物理史上最大的忽悠（delusions）之一。」
批評貝爾不等式者遠不止這些。文1和文2的作者好像對這些批評不聞不問。
非定域性觀點已成時尚，量子物理專家都在談論非定域性，多數稱貝爾不等式理論和阿斯佩克特等的實驗已證明量子非定域性的存在。殊不知這是以訛傳訛。實情是這樣的，阿斯佩克特等把貝爾型不等式（CHSH不等式）用在光子上，對一種特定的實驗安排，由不等式預言的結果為小於等於2。另一方面，對同樣的安排，量子力學預言結果為嚴格等於2乘根號2（=2.828）。他們的實驗結果為2.697(誤差0.015)，與量子力學的預言相符，而比CHSH不等式的預言結果大得多。他們於是做出結論：愛因斯坦的定域實在論思想是錯誤的，非定域性（鬼魅隔空作用）確實存在。至此，我們可以有一個簡單的想法，既然實驗結果符合量子力學，而又有充分理由相信量子力學本身是正確的，那麼可以直接了當斷定貝爾的理論是錯誤的。一個物理不等式扯上哲學的定域實在論是節外生枝。值得注意的是，阿斯佩克特在2007年《自然》上發表的文章「量子力學：是定域的，還是非定域的」中承認，否定定域性不是他們的實驗的邏輯結論，不過他還是「傾向」認為量子力學是非定域的，宣告愛因斯坦的定域實在論思想的喪鍾已敲響。好一個「傾向」！ 理不直，氣還壯。馮諾依曼在他1932年的書中給出了潛變數不可能性的首個「證明」，聲稱：「應當指出，我們無需進一步去研究「潛參數」的機制，因為我們現在知道量子力學確立的結果從未能藉助它推導出來。」貝爾反對他的證明說：「然而馮諾依曼的證明，如果真的去抓住它，會在你手中瓦解！一無所有，不但搞錯了，而且很愚蠢！」鑒於已經發現以潛波為變數的量子理論能重復量子力學的一切預言，現在我們是否能用同樣的話去批評貝爾的定域潛變數不可能性的證明？阿斯佩克特號召借非定域性這種神秘力量掀起「第二次量子革命」，不幸，至今實事一無所成。貝爾的理論被捧成教條和否定愛因斯坦的定域實在論思想實為科學史上最愚蠢之舉。
(3)對量子糾纏認識的謬誤
量子糾纏被認為是物理學中的最大奧秘。量子糾纏態在數學上定義為：「如果一個二粒子復合體系的量子態無法分解為各子體系量子態之張量積，這個態稱為糾纏態。」量子糾纏在物理上通常理解和描述為隔空瞬時影響，認為它的存在已被貝爾型不等式的檢驗所證明。最早發現量子糾纏的是狄拉克（1926年），不是愛因斯坦（1935年）。量子糾纏是確實存在的現象，最好的糾纏態例子是氦原子中的單態2sS_0和三重態2sS_1。氦中的兩個電子（1和2）有四個狀態（A1,A2,B1,B2），它們形成兩個軌道糾纏態（A1B2+A2B1，A1B2－A2B1），態交換引起的附加能量稱交換能。近年已經能用激光把氦原子中的兩個2s電子的交換能測得非常精確，而且與精確的理論計算結果很好符合。無論在這理論還是實驗中都無隔空影響的意味。在氘分子中有類似的情形，當兩個氘核遠離時，保持著曾作用時留下的糾纏印記，而無隔空影響可言。對量子糾纏找不到可類比的事實，只有一些能表達邏輯關系的隱喻。元朝管道升寫給夫君的詞——你儂我儂，忒煞多情。情多處，熱似火。把一塊泥，捻一個你，塑一個我。將咱們兩個一齊打破。用水調和。再捏一個你，再塑一個我。我泥中有你，你泥中有我。與你生同一個衾，死同一個槨。——可以隱喻量子糾纏中的交換真相。還可以打個比方，兩位幹部擔任了四個職務：東鄉的書記兼了西鄉的鄉長，西鄉的書記兼了東鄉的鄉長，那末，東鄉的書記感冒，西鄉的鄉長不免要咳嗽了，無論兩個鄉相距多遠。這個情況可以隱喻量子糾纏中二者聯動的真相，聯動完全發生在同時同地。事實上，已經發現不僅用初包的含峰片（實體）與不含峰片（准實體）的聯合能解釋一切量子干涉現象，還進而發現，兩個初包的不含峰片的交換並融合能解釋一切量子糾纏現象，因此，無需再擔心量子糾纏中有幽靈作怪，也不用再擔心量子力學與相對論沖突。把量子糾纏理解為隔空瞬時影響已造就一條特大、特時髦的科學謊言：「當測量一個粒子時，另一個與之關聯的粒子會瞬時改變狀態，無論它們相距多遠。」對量子糾纏的此種理解已導致一系列錯誤，以量子隱形傳輸理論最為荒唐。誰知竟不斷有圓謊實驗震驚世界，而且越來越瘋狂，文1和文2即是典型。對這種子虛烏有的隔空瞬時影響（非定域性），著名瑞士物理學家尼古拉·吉辛誇口：「未來的科學史家將把我們的時代描繪為非定域性偉大發現的新紀元。」
(4)量子不可克隆定理的謬誤
1982年威廉·沃特斯和沃伊切克·祖瑞克發表了題為「單量子不能被克隆」的論文，他們證明這種克隆與量子力學的疊加原理不一致。既然單量子無法被克隆，所以量子密碼原則上可以提供不可竊聽、不可破譯的保密通信系統。然而我們知道，激光器的類型何其多，因為光是容易被放大，即光子容易被克隆。光學專家都很清楚，激光器發射出處於一種或一些特定模式的光子，但是媒質的光放大作用，原則上無模式限制，只受能級匹配等物理條件影響。沃特斯和祖瑞克說：「因為沒有預先的知識，我們不可能選擇正好合適的拷貝體來做這件事。」其實，無需去特意選擇，只要條件准備充分，可讓其自動選擇。做過氣體激光器的（包括筆者）都知道，在氣體媒質中，光子的增益不依賴偏振方向，故只要准備充分條件，對任意方向偏振的光子原則上都能克隆。如果光子不能克隆就不會有激光器。再說，量子力學是線性理論，然而實際量子過程（像制備或測量過程）都不是線性的，即不能原則上從量子態的線性推論某個非線性過程一定不可能發生。他們做出的結論——除水平和垂直偏振的之外，對任意偏振的單光子的克隆是不可能的——也是自相矛盾的，因為，例如對各向同性的光放大媒質，從旋轉對稱性考慮，如果能克隆水平偏振的光子，那麼偏振旋轉任意角度的光子照樣能克隆，反之，如果任意態不能克隆，轉到水平方向也不例外。祖瑞克強調只是「未知的」量子態克隆被禁止，因為對已知的量子態，能夠簡單地一模一樣制備（拷貝）。然而，能否克隆取決於客觀法則，它不依賴於我們對被克隆態的未知還是已知，一般科學家都不能容忍主觀意識左右物理規律。因此，未知量子態不可克隆定理出自對量子態疊加原理的誤解和誤用，是一個偽定理。這種克隆並不違背量子力學的基本原理，事實上連羊都可以被克隆，因而由這偽定理做出的結論「量子加密能保證萬無一失」是一句假大空話。在量子密碼派與現代密碼派的博弈中，這句話是前者對付後者的利劍。這個偽定理還有更嚴重的後果，沒有它就不會有量子隱形傳輸理論。
(5)量子隱形傳輸理論的謬誤
1993年貝內特等6人發表一篇論文，題目為「經過經典的和EPR的雙重通道隱形傳輸一個未知量子態」。他們根據糾纏量子的所謂非定域關聯、波函數的坍縮假設和未知量子態的不可克隆定理提出了量子隱形傳輸理論，即集上述系列謬誤之大成。打個比喻，北京要派孫悟空（比作一個光子）立刻去深圳任動物園園長，巧遇特大台風和洪水，一切交通中斷。幸好兩地都有隔空傳物專家以及有雙胞胎猴子（比作一對糾纏光子）可以幫助解決問題。這對猴子，一隻在北京，另一隻在深圳，都持有同胞的全息像（比作與對方交換的部分）。現在北京的隔空傳物專家按程序首先要做的是，把悟空-猴子聯合體按特定方式拆分，用數學語言，即把描述悟空的態矢量與這對猴子的糾纏態張量的「張量乘積」投影到描述四隻八卦爐的各個態張量上。四隻爐子是四對雙胞胎猴子的化身，代表悟空與猴子的四種不同基本糾纏方式，專干對悟空進行脫胎換骨的勾當。貝內特等人的理論表明，在2號爐上的投影正好是同胞的全息像，而在1號上的變了，右側各器官都扭轉了180度，在4號上左右反了，而在3號上的，不僅左右反了，右側各器官還都扭轉了180度。這時深圳的猴子當園長要等悟空在北京被銷毀，因為克隆是「被禁止」的。按理論，他進哪一隻爐子（坍縮到那個態張量上）是隨機的，幾率各佔四分之一。這回悟空如果隨機闖進的是2號爐，專家篤信，他包含的全部信息剛好原樣轉移到深圳那隻猴子身上。一當用手機告知是2號，深圳猴子就被「核實」是地道的孫悟空了。如果不是2號，也很簡單，只要按告知的爐號，依照相應的「線性變換」做一下外科修復就行。聽起來像煞有介事，然而悟空竊喜，專家們把俺的信息就地替換深圳猴子全息像中的信息，當作信息在量子信道上的遠距離隔空傳送了。量子態的隱形傳輸理論在數學上是嚴格的，無可挑剔，但是，我們要嚴防被數學形式所迷惑，重要的是看數學所表達的物理實質。不難發現，這個理論在物理上混淆了虛實、顛倒了遠近，純屬數學游戲。科學史上沒有一個理論比這更荒唐。量子物理學家可能都知道，要用量子態編碼隱形傳輸「您好」這樣一個簡單信息也無望成功，那不是因為「您好」不是一個「未知」的信息，而是根本不存在隱形傳輸的可能性。事實上，憑借量子隱形傳輸至今實事一項無成，不是因為技術上的困難，而是原則上無可能性。隱形傳輸信息無異於傳心術，這個理論已導致科學與巫術的聯姻，不折不扣屬於偽科學。一般而言，巫術科學起自愚蠢，恐怕很有可能因利益誘惑走向欺詐。
(6)一個驚天騙局形成
一般而言，理論探討中發生謬誤是科學發展必由之路，是寶貴的經歷。而基礎研究的實驗不僅是為了證明理論的預言，更重要的意義是去糾正理論中的錯誤。不過，實驗工作者多般熱心於前者，期望獲得正面結論，在特重功利的當代，更是如此。1997年澤林格的研究組在《自然》雜志上發表一篇論文「實驗的量子隱形傳輸」，被認為是里程碑式的成就。實現隱形傳輸無疑是破天荒的，如果是真的話。此後，出現了一種說法：「量子隱形傳態可用於大容量、原則上不可破譯（萬無一失副科學與巫術聯姻的景象，包括最近震撼世界的文1和文2，一個驚天騙局已經形成，它不僅愚弄了無數的外行人，還迷倒了無數的內行人。
現在根據以上的討論，對文1和文2以及以往的同類論文要給予負面的評論，意見是，此類工作依據的理論、實驗路線和做出的結論都是錯誤的，宣稱隱形傳輸技術已經成熟和為建覆蓋全球的量子通信網路奠定基礎，是一個彌天大謊。荒唐的量子隱形傳輸理論及其巫術性實驗演示危害極大，至少有四：
(1)浪費國家的物質和人力資源。已經浪費巨大，還有擴大之勢，阻止這種浪費是當務之急。建議對我國863計劃中、973計劃中以及十二五規劃中有關量子隱形傳輸的項目和課題重新進行

『肆』 迷你《星際迷航》：中科大實現單光子高維量子態「瞬間傳輸」

《星際迷航》式的「瞬間傳輸」雖然只停留在科幻作品中，但量子信息學家們對於「瞬間傳輸」一個粒子的量子態已經有了經驗。

這種被稱作「量子隱形傳態」（quantum teleportation）的技術，本質上是不改變一個粒子（如一個光子）位置的情況下，把其上的特定信息在遙遠的另一個粒子上重建起來，中間無需具體的傳送物質，就像是魔術裡面的「大變活人」。

科幻片《星際迷航》有一句著名台詞"beam me up Scotty"（傳送我吧，史考提）

只不過，過去科學家們只做到了二維量子態的隱形傳態，近日，中國科學技術大學郭光燦院士團隊李傳鋒、柳必恆研究組在《物理評論快報》（PRL）上報告了最新進展：利用6光子系統，他們對單光子的三維量子態實時了高效的隱形傳送。

郭光燦團隊認為，高維量子隱形傳態相比起二維系統具有信道容量更高、安全性更高等優點。相關技術可用於其他高維量子信息研究，為構建高效的高維量子網路打下堅實基礎。

量子隱形傳態

量子隱形傳態需要基於一種量子世界裡的奇妙現象實現，那就是「量子糾纏」。

處於糾纏態的兩個微觀粒子不論相距多遠都存在一種關聯，其中一個粒子狀態發生改變（比如人們對其進行觀測），另一個的狀態會瞬時發生相應改變，彷彿「心靈感應」。比方說，如果一個光子的偏振態是「向上」的，那麼另一個光子的偏振態必然是「向下」的。

制備出這樣一對糾纏起來的光子，科學家們就可以進一步開展「大變光子」的演示。

「墨子號」曾實現星地量子隱形傳態

我們假設小紅想把手上1號光子的量子態傳給小明。那麼，科學家就制備出一對糾纏起來的2號光子和3號光子，通過光纖傳輸、或是通過衛星分別發給小紅和小明。接著，小紅對1號光子和2號光子進行一種特定的操作，稱為「貝爾態測量」（BSM）。根據量子的一些基本特性，1號光子和2號光子經過測量之後，他們的量子態會改變，與2號光子處於糾纏態的3號光子也會發生相應變化。在得到某一個測量結果時，小明手上的3號光子恰好會變到1號光子最初的狀態，隱形傳態就此完成。

1993年，IBM的查爾斯·本內特（Charles H. Bennett）和其他5位科學家一起提出了這個奇妙的構想，後來在1997年由奧地利因斯布魯克大學的蔡林格（Anton Zeilinger）團隊首次實現了單光子自旋態的傳輸。

2017年，「墨子號」量子通信實驗衛星宣布實現了衛星和地面站之前遙遠的星地量子隱形傳態。

從二維到多維

不過，此前實驗通常傳輸的是光子的偏振態這個量。偏振態是一個二維態，可以在二維空間中由兩個本徵矢量描述。

但郭光燦團隊認為，光子自然存在其他一些多維態，例如軌道角動量、時間模式、頻率模式和空間模式等，多維系統在量子世界裡更為普遍。因此，要完全遠程重建單光子的量子態，需要進行多維態的隱形傳送。

論文指出，傳送高維量子態主要存在兩大挑戰。一是要產生高質量的高維糾纏態，這是量子隱形傳態的基礎。

為此，李傳鋒、柳必恆等人從2016年開始就採用光子的路徑自由度編碼，解決路徑比特相乾性問題，制備出高保真度的三維糾纏態。他們也解決路徑維度擴展問題，實現了32維量子糾纏態，此外，他們實現了高維量子糾纏態在11公里光纖中的有效傳輸。

二就是要對光子實施高維貝爾態測量。理論研究表明，在線性光學體系中，必須採用輔助粒子才能實現高維量子隱形傳態。

在量子隱形傳態原本的模型里只有三個光子，郭光燦團隊發現，利用⌈ log2(d )⌉ -1個輔助糾纏光子對，就可高效實現d維量子隱形傳態。也就是說，傳輸3維量子態，需要1對輔助糾纏光子。

在這里，小紅想要把1號光子的三個空間模式量子態傳給小明，除了雙方各自得到糾纏起來的2號光子和3號光子以外，小紅還要在輔助糾纏光子對4號和5號的幫助下進行高維貝爾態測量，把測量結果通過傳統信道（比如打電話）告知小明。最後，小明要根據小紅的測量結果對手上的3號光子執行適當的操作，就能把它轉變為1號光子的初始狀態。

高維量子隱形傳態示意圖

實驗結果表明，量子隱形傳態保真度達59.6%，以7個標准差超過了經典極限值1/3，證實了三維量子隱形傳態過程的量子特性。

『伍』 量子互聯網研究新進展：首台用於頻率窗口編碼的貝爾態分析儀誕生

來自美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）、斯坦福國際研究院（SRI International）、高性能激光晶元製造商 Freedom Photonics 和普渡大學（Pure University）的一支研究團隊， 剛剛通過設計並展示首個用於 frequency bin coding 頻率窗口編碼的貝爾態分析儀，向著全量子互聯網的願景邁出了一大步。

Joseph Lukens 在 ORNL 光學實驗室

SCI Tech Daily指出：在通過量子網路發送信息之前，必須先將其編碼為量子態。這些信息被包含在糾纏的量子比特中，意味著它們處於一種無法相互獨立描述的狀態。

當處於「貝爾態」（Bell States）時，兩個量子比特之間的糾纏也被認為是最大化的。對於執行量子通信、和在量子網路中部署的諸多協議來說，測量這種狀態的能力也都是至關重要的。

此前多年，已有許多研究團隊開展過此類測量。不過在這項新研究中，科學家們還是首次開發出了專門用於頻率窗口編碼的貝爾態分析儀 —— 作為一種量子通信方法，其能夠同時駐留在兩個不同頻率中的單個光子。

研究配圖 - 1：傳統 BSA / 頻率混合解決方案對比

ORNL 科學家、Wigner 研究員兼團隊成員的 Joseph Lukens 表示：「貝爾態檢測是量子通信的一個基礎，想要實現隱態傳態（teleportation）和糾纏交換之類的事務，你就需要用到一台貝爾態分析儀」。

所謂隱形傳態，特指跨越物理上相隔很長的一段距離、將信息從一處傳遞到另一處。而糾纏交換，又指將先前未糾纏的量子比特配對的能力。

研究配圖 - 2：頻率窗口 BSA 的最佳 QFP 設計

需要指出的是，盡管共有四種貝爾態，但在任何給定的時間里，分析儀都只能分辨兩種。當然這並不是一件壞事，因為算上另外兩種貝爾態的話，就會導致檢測系統變得極其復雜且非必要。

而新研究中的貝爾態分析儀，就選用了保真度高達 98% 的模擬設計。剩下的 2% 錯誤率，則是測試光子在隨機准備期間產生的不可避免的雜訊的結果、而不是分析儀本身導致。

這種令人難以置信的准確性，使得頻率窗口所需的基本通信協議成為了可能，這也是 Joseph Lukens 先前研究的側重點。

2020 年秋天，他與普渡大學的同僚首次展示了如何根據需要去完全控制單個頻率窗口的量子比特，以通過量子網路來傳輸信息。

研究配圖 - 3：頻率窗口 BSA 實驗結果

藉助在 ORNL 開發的「量子頻率處理器」（quantum frequency processor）技術，研究人員展示了廣泛適用的量子門、用於執行量子通信協議所需的邏輯操作。

在這些協議中，研究人員需要能夠以用戶定義的方式來操縱光子，通常是為了響應對網路中其它地方的粒子進行測量。

傳統計算機和通信技術中使用的與 / 或門、僅涉及 0 / 1 的操作，但是量子門還涉及獨特的疊加態，以在量子信息流經時使其受到保護 —— 這也是實現真量子網路的必要之舉。

雖然頻率編碼和糾纏早就出現在了許多系統中、並且與光纖應用自然兼容，但利用這些現象來執行數據處理操作，還是難以通過傳統方案來證明的。

不過隨著貝爾態分析儀的誕生，Joseph Lukens 及其同事正努力擴展一套完整的糾纏交換實驗，這也將是頻率編碼領域的一次首創。

最後，作為 ORNL 量子加速互聯網測試平台項目的一部分，這項工作計劃最近還得到了美國能源部的支持。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的美國光學學會（OSA）《Optical》期刊上，原標題為《Bell state analyzer for spectrally distinct photons》。

『陸』 量子傳輸的完成過程

一個量子通訊的例子
為了完成一個量子傳輸的過程, 你需要准備:
1. 需要被傳輸的量子比特(Qubit). 比如一個量子態為|Φ>的光子;
2. 一個可以傳輸兩個傳統比特信息的普通信道. 例如無線電;
3. 一個可以產生一組EPR糾纏對的裝置. 例如通過BBO晶體的光子;
4. 一個可以進行貝爾態測量的裝置.
對於光量子通信來說，如果需要把信息從A地傳遞到B地，需要如下步驟:
1. 生成一對EPR糾纏的光子對，把它們分別分配到A地和B地。A地我們已經准備好了需要傳輸的光子|Φ>.
2. 對A地的兩個光子做貝爾態測量，使A地的兩個光子糾纏並坍塌到四種貝爾態的一種. 此時B地的光子狀態已經改變，而且它不再處於糾纏狀態.
3. 用傳統信道告訴B地的工作人員，剛才A地進行的貝爾測量得到的是四種結果中的哪一種.
4. B的工作人員通過得到的信息，對B地的光子做一個正變換，就能得到光子|Φ>的復製版本.

對於傳統的傳輸方式, 如果要傳輸光子|Φ>就需要對它進行測量，並傳遞相關參數。 但是對於量子比特，測量必然會導致波函數坍塌，因此我們無法獲得|Φ>的准確參數，進而就無法完全復制它.
另外, 其實量子傳輸並不能用超過光速的速度傳遞實際信息. 雖然B地光子的狀態在A地進行貝爾測量的瞬間被改變了, 但我們還是需要使用貝爾測量的結果變換B的狀態才能得到需要的信息.

『柒』 用於量子通信的超導硅光子晶元

採用超導矽片作為不可信的中繼伺服器，實現安全的量子通信。利用波導集成超導單光子探測器(中間有發夾形狀的紅色導線)特有的低死區時間特性，實現了最佳時bin編碼貝爾態測量(四個光子之間呈藍色和灰色波狀曲線，用紅球表示)。這反過來又提高了量子通信的安全密鑰率。資料來源:南京大學

集成量子光子學(IQP)是實現可擴展的、實用的量子信息處理的一個很有前途的平台。到目前為止，IQP的大多數演示都集中在提高基於體積和光纖元件的傳統平台實驗的穩定性、質量和復雜性上。一個更苛刻的問題是:「在IQP中是否存在傳統技術無法實現的實驗?」

這個問題得到了由南京大學的馬曉松、張拉寶和中山大學的蔡新倫共同領導的團隊的肯定回答。據《Advanced Photonics》報道，該團隊使用基於硅光子學的晶元和超導納米線單光子探測器(SNSPD)實現了量子通信。該晶元的優異性能使他們能夠實現最佳時bin Bell態測量，並顯著提高量子通信中的密鑰率。

單光子探測器是量子密鑰分配(QKD)的關鍵元件，是實現實用和可擴展量子網路的光子晶元集成的理想器件。通過利用光波導集成SNSPD獨特的高速特性，單光子探測的死區時間比傳統的正入射SNSPD減少了一個數量級以上。這使得該團隊能夠解決量子光學中一個長期存在的挑戰:時間bin編碼量子位元的最佳貝爾態測量。

(a)實驗裝置示意圖。MDI-QKD的伺服器使用超導硅光子晶元進行最佳貝爾態測量，該晶元允許Alice和Bob在不受探測器側通道攻擊的情況下交換安全密鑰。(b)當Alice和Bob發送相同的狀態(藍點)或不同的狀態(紅點)時，重合中的破壞性和建設性干涉計數。(c)不同損失下的安全關鍵利率。資料來源:鄭等，doi: 10.1117/1.AP.3.5.055002。

這一進展不僅對量子光學的基礎研究具有重要意義，而且對量子通信的應用也具有重要意義。該團隊利用非均勻集成的超導硅光子平台的獨特優勢，實現了測量設備無關的量子密鑰分配伺服器(MDI-QKD)。這有效地消除了所有可能的檢測器側通道攻擊，從而大大提高了量子密碼的安全性。結合時間復用技術，該方法獲得了一個數量級的MDI-QKD密鑰速率的增加。

通過利用這種異構集成系統的優勢，該團隊在125mhz時鍾速率下獲得了高安全密鑰率，這可以與目前最先進的MDI-QKD在GHz時鍾速率下的實驗結果相媲美。「與GHz時鍾速率MDI-QKD實驗相比，我們的系統不需要復雜的注入鎖定技術，這大大降低了發射機的復雜性，」馬博士團隊的博士生鄭曉東說，他是《先進光子學》論文的第一作者。

「這項工作表明，集成量子光子晶元不僅提供了一條小型化的道路，而且與傳統平台相比，還顯著提高了系統性能。結合集成的QKD發射器，一個完全基於晶元的、可擴展的、高關鍵速率的城域量子網路應該在不久的將來實現。」馬說。

『捌』 我們去年發射的量子衛星墨子號都做了哪些工作啊

全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」圓滿完成了三大科學實驗任務：量子糾纏分發、量子密鑰分發、量子隱形傳態。
1200公里的超遠距離量子糾纏分發成果，登上頂級學術期刊《科學》的封面。這次，星地間的遠距離量子密鑰分發、量子隱形傳態，又同時發表在另一頂級學術期刊《自然》
量子通信主要研究內容包括量子密鑰分發（量子保密通信）和量子隱形傳態。
量子密鑰分發通過量子態的傳輸，在遙遠兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式。
此次完成的星地高速量子密鑰分發實驗是「墨子號」量子衛星的科學目標之一
這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網路奠定了可靠的技術基礎。以星地量子密鑰分發為基礎，將衛星作為可信中繼，可以實現地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發范圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網互聯，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信網路。
地星量子隱形傳態實驗是「墨子號」量子衛星的另一個科學目標之一。這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網路研究以及空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定基礎
在這次量子隱形傳態實驗中，量子糾纏和貝爾態測量都是在阿里的地面站中進行的。下一步，團隊將在星地量子糾纏分發的基礎，再進行貝爾態測量，實現地面站之間的量子隱形傳態。