这一突破使我们更接近量子互联网
尽管量子计算趋向于成为头条新闻,但量子技术对于未来的通信网络也具有广阔的前景。因此,除了特朗普政府刚刚在其拟议预算中指定用于量子研究的约4.5亿美元之外,还有2500万美元专门用于建设全国性的量子互联网。
量子网络何时成为量子互联网尚待争论,但它有可能在日益成熟的阶段发展,最终目标是建立一个由量子连接的量子计算机组成的全球网络。
不过,美国在这方面远远落后于中国。量子至上专家潘建伟领导的一个团队已经展示了在向卫星传输量子信号方面的许多突破,最近开发了移动量子卫星站。
两国急于开发该技术的原因是,在网络战变得越来越普遍的时代,它可以提供一种超安全的通信渠道。
窃听量子对话本质上是不可能的。量子力学的奇怪规则意味着测量量子态会立即改变它,因此,如果有人试图拦截量子态,则任何以量子态编码的消息都会被破坏。
但是量子态本质上也是脆弱的,这使得在长距离上建立量子连接变得困难。但是,由潘(Pan)领导的团队报告称,在《自然》(Nature)的一篇论文中打破了连接两个量子记忆的记录。
建立量子连接依赖于被称为纠缠的现象。如果两个量子物体的状态发生纠缠,则操纵或测量一个量子态将反映在另一个量子态中。从理论上讲,这使您可以在很长的距离上即时传输量子信息。
到目前为止,大多数研究都是在纠缠光子上进行的,包括潘在量子卫星上的工作,但是单个粒子只能携带有限的信息。由数百万个atomsAtom云组成的量子存储器可以存储更多,但以前被它们纠缠的最大距离是1.3公里。
正如John Timmer在Ars Technica中解释的那样,潘的团队提出了一个智能解决方法。通过向每个量子存储器发射光子来设置每个量子存储器,这使该存储器发射另一个与该存储器状态纠缠的光子。然后,该光子被转换为红外波长,因此可以通过光缆传输。
来自每个存储器的光子在中点相遇,在这种情况下,光子被缠住。因为每个人都已经纠结了各自的记忆,所以它们也都纠缠在一起,建立了量子连接。
研究人员进行了两项实验,一项是在两个分开的设施之间的22公里长的地下电缆中传输光子,另一项是在实验室中将粒子围绕50公里的光缆线轴发送。
作者说,这种距离使得在量子互联网上连接城市成为可能,并且可以用来创建“量子中继器”,这是一系列节点,可以在更长的距离上增强信号。
但是还有一段路要走。将光子转换为可沿光纤传播的形式的过程将损失约30%的光子。纠缠两个光子的复杂过程还会导致进一步的低效率,这意味着它们只能成功地每秒大约纠缠两次光子。
这是一个问题,因为内存的状态只能保持70微秒。研究人员承认,这种方法在实践中可能需要同时延长记忆的寿命和纠缠率。
虽然还很早,但是这项研究是迈向量子互联网的重要一步。如果美国想在其发展中发挥任何作用,那就必须追赶。
图片来源:Garik Barseghyan在Pixabay上发布