科学家实现新的量子传送记录 2017-07-11 13:01:11

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该图描述了美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员如何“传送”或传输超过100公里(光纤)的光粒子携带的量子信息,这是前一次记录的四倍

国家标准与技术研究所的科学家们创造了量子隐形传态的新纪录,在超过100公里的光纤中发送光粒子的量子信息

实验证实,量子通信在光纤长距离上是可行的

其他研究小组已经在自由空间中远距离传送量子信息,但是相对于传统光纤线路这样做的能力为网络设计提供了更大的灵活性

不要与“星际迷航”虚构的“聚集”人混淆,量子隐形传态涉及物质或光的量子态编码的信息的转移或远程重建

传送在量子通信和量子计算中都很有用,它们分别为不可破解的加密和高级代码破解等新功能提供了前景

量子隐形传态的基本方法最早是在20多年前提出的,并且已经由许多研究小组进行过,其中包括2004年在NIST使用原子的研究小组

在Optica中描述的新记录涉及到包含的量子信息的传递

在科罗拉多州的一个NIST实验室,一个光子 - 一个序列中的特定时隙 - 另一个光子在102公里的缠绕光纤上传输

第一作者Hiroki Takesue是日本NTT公司的NIST客座研究员

NIST设计和制造的先进单光子探测器使这一成就成为可能

NIST的马蒂史蒂文斯说:“只有大约1%的光子可以通过100公里的光纤

” “如果没有这些可以测量这种令人难以置信的微弱信号的新探测器,我们就无法完成这项实验

”到目前为止,光纤中丢失的量子数据太多,传输速率和距离都很低

新的NTT / NIST远程传输技术可用于制造称为量子中继器的设备,可以定期重发数据以扩展网络范围,可能足以最终构建“量子互联网”

以前,研究人员认为量子中继器可能需要依赖原子或其他物质,而不是光,是一个困难的工程挑战,也会减慢传输速度

各种量子态可用于携带信息; NTT / NIST实验使用量子态来指示单个光子到达时隙序列的时间

传送方法是新颖的,因为NIST的四个光子探测器被定位以滤除特定的量子态

(有关传送过程如何工作的概述,请参见图

)探测器依赖于由硅化钼制成的超导纳米线

它们可以记录超过80%的到达光子,显示它们是在相同或不同的时隙中,每个时隙只有1纳秒长

实验在电信中常用的波长下进行

由于实验被过滤掉并专注于量子态的有限组合,因此传送仅能在25%的传输中获得成功

得益于高效的探测器,研究人员平均成功传输了83%的最大可能成功传输所需的量子态

具有不同起始性质的所有实验运行超过了数学上显着的66.7%阈值,以证明隐形传送过程的量子性质

出版物:H

Takesue,S.D

Dyer,M.J

Stevens,V

Verma,R.P

Mirin和S.W. Nam

,“Quantum使用高效超导纳米线单光子探测器远距传输超过100公里的光纤”,Optica Vol

2,第10期,第832页,2015年; DOI:10.1364 / OPTICA.2.000832资料来源:国家标准与技术研究院