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中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、陈宇翱等和清华大学马雄峰合作，在国际上首次实验实现了反事实直接量子通信，在实验中演示了图像的反事实传输，相关成果最近以DirectcounterfactualcommunicationviaquantumZenoeffect为题，发表在国际权威学术期刊《美国科学院院报》上[PNAS114,4920(2017)]。
以日常生活的经验，任何信息的传输都需要通过实物载体，如信件、电磁波等。然而，国际著名量子光学专家M.SuhailZubairy小组2013年提出的反事实直接量子通信方案[Phys.Rev.Lett.110,170502(2013)]表明，即使在通信双方Alice和Bob之间没有实物粒子的交换，也可以实现信息的传递。这里反的就是人们日常生活中形成的直观认识。
反事实直接量子通信，本质上是光的波粒二象性的集中体现。该方案最初的灵感来自于1993年提出的炸弹测试模型。如图1所示，在干涉仪的下臂中可能放有一个非常敏感的炸弹，即使只有一个光子遇到它，也会被其吸收并引发爆炸。为了探测炸弹是否存在，可以从A端向干涉仪中发射一个光子。如果炸弹不存在，由于干涉，光子将一定从端口C离开；如果炸弹存在，则光子要么通过下臂被炸弹吸收，要么通过上臂，并以相同的概率从端口C或D离开。因此综合来看，如果最终在端口D探测到一个光子，那么炸弹一定存在于干涉仪中。值得注意的是，这里我们只发射了一个光子，如果这个光子在端口D被探测到，那么它一定没有通过干涉仪的下臂，然而我们却得到了炸弹存在的信息。这在后来被称为无相互作用测量（interaction-freemeasurement）。在此基础上，再利用量子芝诺效应（quantumZenoeffect），可以大大提升上述无相互作用测量的成功率。
图1无相互作用测量示意图
具体到反事实直接量子通信的物理实现，最核心的结构是嵌套、级联的干涉仪。Bob根据他需要传输的信息来编*****，通过嵌套的量子芝诺效应，Alice可以利用类似于无相互作用测量的方式完整地获知Bob的信息，并且在这个过程中没有任何光子在Alice和Bob之间传输。Zubairy等人的原始方案要求有无穷多个干涉仪，这显然是不可能实现的。潘建伟团队通过对原始方案的仔细分析和改进，使得反事实直接量子通信得以实现。一方面，通过使用可预报单光子源和后选择，在较少的干涉仪数目下也可以得到完全的反事实性；另一方面，用被动筛选光子到达时间的策略替代原方案中的高速主动光开关等。整个实验装置如图2所示。研究团队实现了技术突破，使用先进的相位稳定技术，首次实现了复杂的嵌套、级联的单光子干涉仪，并成功传输了一张100100像素的中国结图片，传输正确率达到了87%，如图3所示。该方案还可以进一步发展，用于无相互作用成像等领域。
这项工作是量子通信领域的全新尝试。自最初的理论工作提出以来，在对其内在机理的解释方面引起了学术界不小的争论。然而正是这样的争论，推进了人们对其本质的探索，使得人们有机会更深入理解量子力学。该工作被《美国科学院院报》审稿人评论为是一个将量子芝诺效应用于通信的新奇实现(anovelrealizationofanapplicationofthequantumZenoeffecttocommunication)以及非常有趣且及时(veryinterestingandtimely)。该工作受到了英国物理学会网站PhysicsWorld、《科学美国人》、物理学家组织网（Phys.Org.）等国际权威媒体的专题报道。
上述研究得到了国家自然科学基金、科技部、教育部和中国科学院的支持。（来源：中国科学技术大学）
图2实验装置
图3100100像素中国结图片的传输结果
（合肥微尺度物质科学国家实验室、物理学院、量子信息与量子科技前沿创新中心、科研部）
相关链接：
利用量子芝诺效应实现反事实直接量子通信论文：
http://www.pnas.org/content/114/19/4920 英国物理学会PhysicsWorld报道：
http://physicsworld.com/cws/article/news/2017/may/18/particle-free-quantum-communication-is-achieved-in-the-lab 物理学家组织网报道：
https://phys.org/news/2017-05-counterfactual-quantum.html 拓展阅读：量子芝诺效应
提到量子芝诺效应，就要从古希腊著名的哲学家和数学家芝诺（Zeno）说起。他一生中提出过许多关于运动的不可分性的哲学悖论，其中最为著名的一个便是飞矢不动悖论。这个悖论是说，一支在空中飞行的箭，其实是不动的。因为箭在每一个瞬间的时刻都应该是静置的，那么无数个静置的组合还应该是静置。这个结论在经典世界里显然是不成立的，是逻辑上的悖论。芝诺的这个悖论在经典力学框架里似乎是荒谬的，但在量子力学里，它是可能的。为了纪念这位古希腊哲学家，在微观量子体系中，我们把该效应称为量子芝诺效应。有一个很形象但并不完全准确的例子来比喻量子芝诺效应：一个人准备睡觉，如果旁边另一个人不断询问其是否睡着了，那么可以想象，准备睡觉的人便总也睡不着了。这其实是在形容如果一个物理系统被连续不断的观测，那么它将不再继续演化。
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