首次通过标准光缆传输“量子数据”，量子互联网取得突破

该研究使用专门的光子源来传输、存储和检索量子数据，这是量子数据传输的主要组成部分。

一项新的量子计算研究声称，最近在“量子数据”的产生、存储和检索方面的一项发现使我们离量子互联网又近了一步。

目前，量子信息在长距离内不稳定，量子位或量子位（量子信息的载体）在传输过程中很容易丢失或碎片。

如今，经典计算机比特以光脉冲的形式通过光纤电缆进行传输，使用称为“中继器”的设备来放大网络长度上的信号。为了像今天传输经典计算机比特的方式那样长距离传输量子比特，我们需要类似的设备来在整个网络上存储和重新传输量子态，从而确保无论数据要传输多远的信号保真度。

这些量子存储设备可以接收、存储和转发量子位状态。这项在伦敦帝国理工学院、南安普顿大学以及德国斯图加特大学和维尔茨堡大学进行的新研究声称首次使用标准光纤电缆实现了这一目标。研究结果发表在 4 月 12 日的《科学进展》杂志上。

全部在光子源中

研究人员使用一种新的、可能更有效的方法来存储和检索光子——量子信息的潜在载体之一。

伦敦帝国理工学院物理学教授莎拉·托马斯 (Sarah Thomas) 告诉《生活科学》杂志：“单光子源主要有两种类型，一种称为非线性光学频率转换的过程，另一种是基于单发射器的过程。” 。 “之前已经多次证明，我们可以将来自非线性光学的光子存储在量子存储器中，因为你可以设计源和存储器来匹配。我们使用了一种称为量子点的特殊单发射器，它是一种半导体纳米晶体。”

托马斯说，使用非线性光学不太可靠——并不是每次都会产生一对可用的光子，而单个发射器量子点会以更高的速率产生它们。

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下一个挑战是量子存储器件之间的接口效率取决于波长和带宽的匹配。这里的差异使得存储和检索效率太低，但这项研究最终弥补了这一差距。

托马斯说：“我们通过使用高带宽、低噪声量子存储器来做到这一点，在非常特定的波长下制造光子源以匹配我们的量子存储器。” “我们还能够在光纤损耗最低的波长上做到这一点，这将是未来构建量子网络的关键。”

以过去的工作为基础

但这并不是量子计算和量子互联网的最新进展。二月份，《Live Science》报道了石溪大学的一项相关突破。

量子网络模型在极低的温度下更加稳定，这限制了它们的实际应用，但该研究在室温下实现了稳定的连接，这使其在实际应用中触手可及。

帝国理工学院的研究建立在这一成功的基础上，这要归功于发射器和接收器之间波长的一致。

量子产品公司 Infleqtion 的量子信息首席科学家马克·萨夫曼 (Mark Saffman) 告诉 Live Science：“石溪分校的研究使用了 795 nm（纳米）的光子，并显示了存储和检索后两个光子的干涉。” “帝国理工学院的研究使用了 1529 nm（标准电信波长）的光子并存储和检索它，但没有显示出干扰。电信波长的存储和检索对于低损耗光纤传输非常重要。这两项研究都取得了进展量子网络所需的不同方面。”

网络安全专家（量子网络影响最大的领域之一）迈克尔·哈斯（Michael Hasse）告诉《Live Science》，帝国理工学院的研究描述了一种方法，而早期的研究描述了该方法发挥作用所需的机制。

“帝国的工作是关于使用中继器建立长途通信的一种手段，”他说。 “理论上，量子纠缠允许通信相距较远，但实际上，当它们距离较近时，通信会更容易。石溪分校的研究指的是在室温下存储量子信息，这对于经济高效地实施中继器是必要的。” ”