量子物理 - 传送到量子互联网 2017-07-03 10:08:02

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这张图片显示了用于存储纠缠光子的晶体,其表现就好像它们是同一整体的一部分科学家在量子隐形传态实验中使用这样的晶体在卡尔加里的新实验测试了实际基础设施中的量子隐形传态,代表了Quantum技术的重大进步物理学是一个似乎为科学家提供超级大国的领域那些了解极小或极冷粒子世界的人可以用它们进行惊人的壮举 - 包括传送 - 似乎可以扭曲现实这些壮举背后的科学是复杂的,直到最近,还没有存在于实验室环境之外但是这种情况正在发生变化:研究人员已经开始在现实环境中实施量子隐形传态能够做到这一点可能会彻底改变现代电话和互联网通信,从而实现高度安全的加密信息传播一篇论文发表在Nature Photonics和由美国宇航局喷气推进实验室的工程师共同撰写ratory,Pasadena,California,详细介绍了城市光缆网络中量子隐形传输的首次实验这是第一次在实际城市基础设施中长距离见证这种现象在加拿大,卡尔加里大学的研究人员传送了光子的量子态在卡尔加里市以下的“黑暗”(未使用)电缆超过37英里(6公里)这是实际大都市网络中量子隐形传输最长距离的新纪录

过去记录了更长的距离,这些是在在实验室设置中,光子通过电缆线轴发射,以模拟长距离引起的信号损失

卡尔加里最近的一系列实验在实际基础设施中测试了量子隐形传态,代表了技术的一大进步“展示量子效应,如在实验室环境之外的远程传送涉及一系列新的挑战这个实验展示了如何克服这些挑战,因此它标志着未来量子互联网的一个重要里程碑,“JPL合着者之一Francesco Marsili表示,”量子通信解锁了量子力学的一些独特属性,例如,交换具有最终安全性的信息或将量子计算机连接在一起“用于实验的光子传感器由MarsL和JPL微设备实验室的Matt Shaw以及科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所的同事开发

他们的专业知识对实验至关重要:量子网络是用光子完成的,并且需要世界上一些最敏感的传感器才能确切地知道粒子发生了什么“超导探测器平台,它是由JPL和NIST研究人员开创的,它使探测成为可能电信波长的单光子,几乎完美的效率,几乎没有噪声e这对于早期的探测器类型根本不可能,因此如果没有JPL的探测器,使用现有的光纤基础设施等我们的实验几乎是不可能的,“卡尔加里大学量子科学与技术研究所更安全的Daniel Oblak说

使用量子物理学的电子邮件缩小到光子的水平​​,物理学开始按照奇怪的规则发挥作用理解这些规则的科学家可以“纠缠”两个粒子,使它们的属性联系起来纠缠是一个令人难以置信的概念,其中不同的粒子特征或状态可以在空间中绑定在一起这意味着影响一个粒子的状态会影响另一个粒子,即使它们彼此相距数英里这也是传送的地方想象你有两个纠缠粒子 - 让我们称之为光子1和光子2 - 和光子2被发送到一个遥远的位置那里,它与Photon 3相遇,两个相互作用相互之间光子3的状态可以转移到光子2,并自动“传送”到纠缠的双胞胎,Photon 1尽管光子1和3从未相互作用,但这种无实体的传输可以用于安全地交换秘密消息如果两个人共用一对纠缠的光子,量子信息可以以非实体的方式传输,让窃听者无法拦截,因此无法读取秘密信息 远程传送意味着远距离传播这种高度安全的通信系统正在许多领域进行测试,Marsili说,包括金融行业和NASA等希望保护其空间数据信号的机构.Marsili,Shaw及其开发的超导单光子探测器NIST的同事是这样做的关键工具,因为长距离发送光子将不可避免地导致信号“丢失”即使在太空中使用激光,光也会在距离上扩散,从而削弱传输信号的功率

下一步正在构建中继器,可以进一步将光子的状态从一个位置传送到下一个位置就像中继器用于远距离传输其他电信信号一样,它们可用于传送纠缠光子超灵敏光子探测器将允许中继器发送在全国范围内纠缠光子对于与空间有关的通信,甚至不需要中继器;光子最终可以用激光射入太空,光子状态可以从地球传送出来卡尔加里实验中没有使用中继器,主要是为了确定如何在实验室外进行量子隐形传输研究人员使用城市的暗光纤 - 没有电子设备或网络设备流过它们的单根光缆“通过使用先进的超导探测器,我们可以使用单个光子有效地将经典和量子信息从空间传送到地面,”Shaw说“我们计划使用更高级的版本这些探测器用于演示来自深空和来自国际空间站的量子隐形传输的光通信“该研究由艾伯塔创新科技期货资助;加拿大国家科学与工程研究委员会;和国防高级研究计划局探测器研究的一部分是在JPL根据与美国国家航空航天局(NASA)的合同在帕萨迪纳(Pasadena)开展的一项合同中进行的

美国宇航局出版物管理JPL:Raju Valivarthi等人,“大都市光纤网络中的量子隐形传输”,Nature Photonics 10 ,676-680(2016); doi:101038 / nphoton2016180资料来源:Jet Good,喷气推进实验室