12 月 26 日消息，美國西北大學(xué)當(dāng)?shù)貢r間 20 日發(fā)布的官方新聞稿稱，該學(xué)校工程師首次成功實現(xiàn)了通過已經(jīng)承載互聯(lián)網(wǎng)流量的光纖電纜進行量子瞬間傳輸。其標志著量子通信和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)電纜結(jié)合的新可能性，并將大大簡化量子計算或先進傳感技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

研究領(lǐng)導(dǎo)者西北大學(xué)的普雷姆?庫馬爾教授表示，“我們的研究展示了量子和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)共享統(tǒng)一光纖基礎(chǔ)設(shè)施的路徑。簡單來說，這為量子通信的下一步發(fā)展鋪平了道路。”

工作原理

量子瞬間傳輸僅受光速限制，是一種全新的、超高速且安全的遠程信息共享方式，無需直接傳輸信息。其原理基于量子糾纏 —— 當(dāng)兩個粒子發(fā)生糾纏時，無論它們之間的距離多遠，它們始終處于一種關(guān)聯(lián)狀態(tài)。信息的傳遞并不依賴于粒子本身的移動，而是通過量子糾纏粒子之間的信息交換來實現(xiàn)。

在光通信中，所有信號都會轉(zhuǎn)化為光。傳統(tǒng)的經(jīng)典通信信號由大量光子組成，而量子通信則僅使用單個光子。

“通過對兩個光子進行破壞性測量 —— 一個攜帶量子態(tài)，另一個與它糾纏 —— 量子態(tài)就會被轉(zhuǎn)移到遠處的光子上，”庫馬爾實驗室的博士候選人喬丹?托馬斯表示。“光子本身并不需要傳輸，但其狀態(tài)會被轉(zhuǎn)移到遠距離的光子上。量子瞬間傳輸讓信息可以遠距離傳遞，而無需實際傳送信息本身。”

關(guān)鍵：避開交通

在庫馬爾之前的研究中，許多科學(xué)家懷疑量子瞬間傳輸是否能在承載經(jīng)典通信的電纜中實現(xiàn)。糾纏光子可能會被其他大量光子干擾，導(dǎo)致信號混亂，就像一輛自行車在一條充滿重型卡車的隧道中穿行。

庫馬爾團隊找到了一種方法，能讓這些微弱的光子避開繁忙的流量。他們仔細研究了光在光纖中的散射現(xiàn)象，最終找到了一個合適的波長來傳輸光子，并加入了特殊的濾波器以減少互聯(lián)網(wǎng)流量帶來的噪音。

“我們仔細研究了光的散射機制，并將光子放在了一個散射效應(yīng)最小的點，”庫馬爾說。“我們發(fā)現(xiàn)，借此方法可以在不受經(jīng)典信道干擾的情況下進行量子通信。”

新方法測試

庫馬爾和團隊在一條長 30 公里的光纖中分別放置了兩個光子，并通過這條電纜同時傳輸了量子信息和高速互聯(lián)網(wǎng)流量。最終，實驗人員通過量子測量方法驗證了接收端的量子信息質(zhì)量，并執(zhí)行了量子瞬間傳輸協(xié)議。實驗結(jié)果顯示，即便互聯(lián)網(wǎng)流量繁忙，量子信息依然成功傳輸。

“雖然許多團隊已經(jīng)研究過量子和經(jīng)典通信的共存問題，但這是首個在這種新場景下成功實現(xiàn)量子瞬間傳輸?shù)难芯浚蓖旭R斯說。“這種無需直接傳輸?shù)姆绞綖楦冗M的量子應(yīng)用打開了大門，未來也無需專用的光纖。”

有關(guān)研究成果已經(jīng)在最新一期《光學(xué)》雜志上發(fā)表。