什麼是反事實量子通信？

謝邀

實際上科大自己的新聞稿件裡面已經說得很清楚了：

2013年的這篇理論PRL的摘要部分如下：

這裡用到了一個不太常見的名詞「量子芝諾效應」

量子芝諾效應（也被稱為圖靈悖論），是一種量子效應：如果我們持續觀察一個不穩定的粒子，它將不會衰變。我們可以通過足夠高頻率的觀測來使其「凍結」在它的已知初態。

量子芝諾效應的名字起源於經典的芝諾悖論。芝諾悖論提出：一個飛行中的箭矢在任意一個時刻都是靜止在空中的，所以它不可能處於運動狀態。

具體怎樣通過量子芝諾效應實現反事實量子通信，科大的新聞稿件裡面也有說明：

反事實直接量子通信，本質上是光的「波粒二象性」的集中體現。該方案最初的靈感來自於1993年提出的「炸彈測試模型」。如圖1所示，在干涉儀的下臂中可能放有一個非常敏感的炸彈，即使只有一個光子遇到它，也會被其吸收並引發爆炸。為了探測炸彈是否存在，可以從A端向干涉儀中發射一個光子。如果炸彈不存在，由於干涉，光子將一定從埠C離開；如果炸彈存在，則光子要麼通過下臂被炸彈吸收，要麼通過上臂，並以相同的概率從埠C或D離開。因此綜合來看，如果最終在埠D探測到一個光子，那麼炸彈一定存在於干涉儀中。值得注意的是，這裡我們只發射了一個光子，如果這個光子在埠D被探測到，那麼它一定沒有通過干涉儀的下臂，然而我們卻得到了炸彈存在的信息。這在後來被稱為「無相互作用測量（interaction-free measurement）」。在此基礎上，再利用量子芝諾效應（quantum Zeno effect），可以大大提升上述無相互作用測量的成功率。

圖 1無相互作用測量示意圖
具體到反事實直接量子通信的物理實現，最核心的結構是嵌套、級聯的干涉儀。Bob 根據他需要傳輸的信息來編碼，通過嵌套的量子芝諾效應，Alice 可以利用類似於「無相互作用測量」的方式完整地獲知 Bob 的信息，並且在這個過程中沒有任何光子在 Alice 和 Bob 之間傳輸。Zubairy 等人的原始方案要求有無窮多個干涉儀，這顯然是不可能實現的。潘建偉團隊通過對原始方案的仔細分析和改進，使得反事實直接量子通信得以實現。一方面，通過使用可預報單光子源和後選擇，在較少的干涉儀數目下也可以得到完全的反事實性；另一方面，用被動篩選光子到達時間的策略替代原方案中的高速主動光開關等。整個實驗裝置如圖2所示。研究團隊實現了技術突破，使用先進的相位穩定技術，首次實現了複雜的嵌套、級聯的單光子干涉儀，並成功傳輸了一張 100×100 像素的中國結圖片，傳輸正確率達到了 87%，如圖3所示。該方案還可以進一步發展，用於無相互作用成像等領域。

就一個網頁講得很清楚

看了一下2013年的PRL的文章，是通過嵌套MZ干涉儀來探測Bob處是否阻斷光路（阻斷為1，沒有阻斷為0）。先看左邊的圖，N個分光器BS，每個分光器的反射率很高cos2（π/2N），BS可以用一個幺正矩陣表示B。如果Bob處光路通，信號為1，經過N個BS的作用，可以計算，D2處探測到光子。如果Bob處光路阻斷，信號為0，可以計算，D1處探測到光子。這樣Alice處根據D1和D2探測到的光子就可以判斷Bob處要傳輸的信號。文章稱這個為部分反事實通信，因為Bob處沒有阻斷光路時，光子是通過Bob處的光路的。改進後的右邊的圖，是右邊的N個小循環基礎上再嵌套M個相同的大循環。在Bob處的光路沒有光子傳播的情況下，通過D1和D2探測的光子來判斷Bob要傳輸的信號。但是文章也說明了M，N要足夠大才能得到準確的結果。改進的稱為完全反事實通信。