科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，量子隱形傳態(tài)與經(jīng)典通信信號(hào)可在同一根光纜中共存。美國(guó)西北大學(xué)研究人員通過(guò)普通光纜，成功將量子態(tài)隱形傳輸了30公里。這為量子通信與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)光纜相結(jié)合帶來(lái)了新的可能，大大簡(jiǎn)化了分布式量子傳感或計(jì)算應(yīng)用所需的基礎(chǔ)設(shè)施。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《光學(xué)》雜志。

量子隱形傳態(tài)僅受光速限制，能讓通信實(shí)現(xiàn)幾乎瞬時(shí)傳輸。該過(guò)程利用量子糾纏技術(shù)，即兩個(gè)粒子無(wú)論相隔多遠(yuǎn)，無(wú)需物理傳輸即可交換信息。

在光通信中，所有信號(hào)都被轉(zhuǎn)換為光。經(jīng)典通信的傳統(tǒng)信號(hào)通常由數(shù)百萬(wàn)個(gè)光粒子組成，量子信息則使用單個(gè)光子。

傳統(tǒng)觀(guān)念認(rèn)為，單個(gè)光子會(huì)“淹沒(méi)”在攜帶經(jīng)典通信的數(shù)百萬(wàn)個(gè)光粒子的光纜中。這就像是一輛單薄的自行車(chē)，在滿(mǎn)是疾馳的重型卡車(chē)的狹窄隧道中艱難穿行一樣。

然而，研究人員找到了一種方法，能幫助脆弱的光子避開(kāi)繁忙的“交通”。在深入研究光如何在光纜中散射后，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不太擁擠的光波長(zhǎng)來(lái)放置光子。然后，他們添加了特殊濾波器，以減少來(lái)自常規(guī)互聯(lián)網(wǎng)流量的噪聲。

為了測(cè)試這種新方法，研究人員設(shè)置了一條30公里長(zhǎng)的光纜，兩端各有一個(gè)光子。然后，他們同時(shí)通過(guò)這條光纜發(fā)送量子信息和常規(guī)互聯(lián)網(wǎng)流量。最后，他們?cè)趫?zhí)行隱形傳態(tài)協(xié)議時(shí)，測(cè)量了接收端量子信息的質(zhì)量。結(jié)果顯示，即使在互聯(lián)網(wǎng)流量繁忙時(shí)，量子信息也能成功傳輸。

研究表明，量子隱形傳態(tài)能夠在地理上相距遙遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)之間提供安全的量子連接，下一代量子網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以共享同一根光纖。

接下來(lái)，研究人員打算擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)距離，并計(jì)劃使用兩對(duì)糾纏光子來(lái)演示糾纏交換，這是實(shí)現(xiàn)分布式量子應(yīng)用的一個(gè)重要里程碑。

量子隱形傳態(tài)傳輸?shù)氖橇孔討B(tài)而非粒子本身。在量子糾纏的神奇性質(zhì)幫助下，量子態(tài)可以實(shí)現(xiàn)所謂的超時(shí)空傳輸。但要實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，在量子比特的分發(fā)環(huán)節(jié)需要特別小心，它們?nèi)菀资艿酵饨绺蓴_而降低保真度。因此，通常情況下都要為量子隱形傳態(tài)建設(shè)專(zhuān)用通道。此次，科研人員在研究光的散射規(guī)律后，找到了在普通光纜中開(kāi)辟量子隱形傳態(tài)通道的方法。利用已有的通信設(shè)施就能實(shí)現(xiàn)量子態(tài)分發(fā)，將大大提升這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用效率。