據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)國(guó)家航空航天局相關(guān)研究人員日前使用城市光纜實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離量子傳輸，其通過“暗光纜”在加拿大卡爾加里市將激光光子傳送了3.7英里。
據(jù)悉，這次實(shí)驗(yàn)使用的傳輸媒介是研究人員稱之為“暗光纜”光纖。這是研究人員脫離實(shí)驗(yàn)室環(huán)境在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行的量子傳輸實(shí)驗(yàn)，其超過3.7英里的傳輸距離是新的實(shí)驗(yàn)記錄。其標(biāo)志著人類向建成量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了重要一步。通過量子傳送的方式可以實(shí)現(xiàn)加密信息的絕對(duì)安全傳輸，其允許信息發(fā)送者將“無(wú)形信息”發(fā)送給接受者，而在量子網(wǎng)絡(luò)上無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息攔截。
這項(xiàng)研究的相應(yīng)成果發(fā)表在最新一期的《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上，是美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、加拿大卡爾加里大學(xué)以及美國(guó)科羅拉多州博爾德國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的合作項(xiàng)目。研究人員采用未經(jīng)使用過的“暗光纜”進(jìn)行量子傳輸，同時(shí)通過特別設(shè)計(jì)的光子傳感器對(duì)傳輸光子進(jìn)行檢測(cè)。據(jù)悉，這是首次在現(xiàn)有的城市光纜中實(shí)驗(yàn)量子傳輸，也是首次在實(shí)際基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)3.7公里的光子傳送。此前研究人員僅僅能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這一距離的量子傳送。
研究人員Francesco Marsili指出，“在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行量子傳輸，涉及到一系列問題，是一個(gè)全新的挑戰(zhàn)。該實(shí)驗(yàn)克服了這些問題，是未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。”
研究人員表示，“量子通信實(shí)現(xiàn)了量子力學(xué)的一些獨(dú)特性質(zhì)，譬如應(yīng)用量子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。”
研究人員解釋稱，“量子通信通過量子糾纏實(shí)現(xiàn)，后者是不同空間的兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成系統(tǒng)并相互影響的現(xiàn)象。其中影響一個(gè)粒子狀態(tài)的事物也會(huì)影響到另一個(gè)粒子。假設(shè)稱之為光子1和光子2的兩個(gè)粒子發(fā)生糾纏，那么即便后者被發(fā)送到遠(yuǎn)距離位置，也能夠依舊保持連接狀態(tài)。此時(shí)，如果光子2在光子3的影響下發(fā)生狀態(tài)改變，那么同樣的影響也將會(huì)發(fā)生在光子1上。雖然光子1和光子3并未直接作用，但這是一種‘無(wú)形的轉(zhuǎn)移’。通過這種影響，可以實(shí)現(xiàn)信息的安全傳遞。”
但研究人員同時(shí)也指出，由于這種影響屬于量子力學(xué)的范疇，其涉及的粒子和效應(yīng)都非常微小，也加大了研究以及探測(cè)的難度。
在此次實(shí)驗(yàn)中，研究人員采用了超靈敏的光子傳感器，對(duì)光子狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了更為精確的檢測(cè)?？柤永锎髮W(xué)量子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的丹尼爾·奧布拉克(Daniel Oblak)表示，“試驗(yàn)中研究人員首創(chuàng)了超導(dǎo)探測(cè)平臺(tái)，其能夠?qū)蝹€(gè)光子進(jìn)行有效檢測(cè)，幾乎沒有噪聲的影響。早期的探測(cè)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在這次實(shí)驗(yàn)中，使用的是現(xiàn)有的光纖通信，如果沒有超靈敏的探測(cè)器，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。”
量子傳輸可用于打造高度安全的通信網(wǎng)絡(luò)。下一步，研究人員將嘗試通過中繼器實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的量子傳輸。
他們表示，在超靈敏光子探測(cè)器的幫助下，中繼器甚至可以將光子發(fā)送至全國(guó)各地。
最終，與地球外層空間的通信也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。光子將通過激光被發(fā)送至外太空，與地球?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信。
美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研究人員Matt Shaw指出，“通過先進(jìn)的超導(dǎo)探測(cè)器，我們可以通過光子狀態(tài)變化將信息從空間傳回地面。我們計(jì)劃使用更先進(jìn)的探測(cè)器實(shí)現(xiàn)外太空以及國(guó)際空間站與地面的量子通信。”
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