量子隐形传态为数据通信提供了快速通道

2022年04月14日 13:19 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

隐形传态(teleportation)是一个相当科幻的概念,但近日发表于《自然通讯》期刊上的一篇文章中,已有研究人员证明它可被用于避免量子层面的通信通道丢失。来自格里菲斯大学量子动力学中心的研究人员,强调了在各种形式的通信渠道(互联网或电话等)中发生的固有损失问题,并且找到了一种有助于缓解这种损失的机制。

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(来自:Nature Communications

Geoff Pryde 教授和 Sergei Slussarenko、Sacha Kocsis、Morgan Weston 三位博士,以及昆士兰大学 / 美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究团队指出,这一发现是迈向“量子互联网”的重要一步,有望带来迄今为止前所未有的特性。

Sergei Slussarenko 表示,新研究首次展示了一种通过减少误差来改善通道性能的方法:“首先,我们回顾了通道传输的原始数据,然后看新方法能否有助于其达成更好的信号表现”。

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研究配图 - 1:有损通道(无校正)的量子态传输概念演示

实验期间,他们先通过有损方式发送一个光子 —— 该光子并未携带任何有用的信息,所以就算丢了也不会造成什么大问题。

接着通过格里菲斯与昆士兰大学开发的“无噪声线性放大器”,来校正损耗的影响 —— 该装置能够恢复丢失的量子态,但并非每次都能成功(有一定的失败几率)。

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研究配图 - 2:实验装置概念与布置示例

不过一旦恢复成功,他们就会用上另一种纯量子协议 —— 又称“量子隐形传态”(quantum state teleportation)—— 以将预期中的信息传送到更正后的载体中,从而避免通道上的所有损耗。

研究人员称,量子技术有望给信息化社会带来革命性的变化。而这项新研究中展示的量子通信方法,能够以极其安全的方式、在无法被第三方访问的情况下来传输数据。

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研究配图 - 3:e 模式下,三种不同附加损耗的 L 值分布(在不同类型通道上的纠缠并发测量)。

Sergei Slussarenko 指出,短距离量子加密已得到商业应用,但若我们想要实现一个全球量子网络,就不可忽视无可避免的光子损耗问题。

好消息是,他们的最新工作,有助于实现所谓的“量子中继”—— 这也是长距离通信网络的一个关键组成部分。

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研究配图 - 4:经过不同类型的通道分布的量子态(密度矩阵元素的绝对值)

Sergei Slussarenko 补充道:在量子通信网络中,第三方无法复制未知的量子数据 —— 如果携带信息的光子被丢失,其携带的信息也会永远消散。

不过想要实现有效的长距离量子通信,还是需要借助某种机制来介绍这种信道信息丢失,这也是他们正在实验室中所追求的。

下一步,研究团队将致力于将错误减少到可实施长距离量子密码学的水平、并在现成的光学基础设施上进行实测 —— 比如基于光纤的互联网网络。

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