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新型量子调制解调器可连接量子互联网

2020-11-17 14:44:16 中国航空报 钱文

  暴露于红外光(红色光盘)中的铒原子(箭头)的图示。

中国航空报讯:量子物理学不仅在量子计算领域而且在量子互联网方面都有望取得巨大进步,量子互联网是将数据从一个地方传输到另一个地方的下一代框架。现在,科学家发明了适用于量子调制解调器技术,该技术可以充当网络网关。
  使量子互联网优于您正在浏览的常规现有互联网的优势在于安全性:用量子技术干扰正在传输的数据实际上会破坏连接,它尽可能地接近不可破解。
  与尝试生产实用的商用量子计算机一样,将量子互联网从潜力变为现实也需要时间—考虑到所涉及的极其复杂的物理学,这不足为奇。量子调制解调器对于该技术而言可能是非常重要的一步。
  “将来,量子互联网可以用来连接位于不同地方的量子计算机,这将大大提高其计算能力!”德国马克斯·普朗克研究所的物理学家安德烈亚斯·雷塞尔(Andreas Reiserer)说。
  量子计算是基于量子位的概念构建的,与传统计算机位不同,量子位可以同时存储多个状态。这项新的研究着重于将量子计算机中的静止量子位与在这些机器之间移动的运动量子位连接起来。
  当我们处理与量子物理学一样精细地存储的信息时,这是一个艰巨的挑战。在这种设置中,光子用于存储传输中的量子数据,将光子精确地调整到当今通信系统中使用的激光的红外波长。
  这为新系统提供了一个关键优势,因为它可以与现有的光纤网络配合使用,当该技术准备推出时,这将使量子升级变得更加简单。
  在搞清楚如何让存储的量子位与移动的红外光子反应正确时,研究人员确定铒元素及其电子最适合这项工作,但铒元素原子自然不会倾向于在两个状态之间进行必要的量子跳跃。为了实现这一点,静态的铒元素原子和移动的红外光子基本上被锁在一起,直到它们相处。
  制定方法需要仔细计算所需的空间和条件。研究人员在调制解调器内部,在由硅酸钇化合物制成的晶体周围安装了一个微型镜柜。然后将该装置冷却至负271摄氏度(负455.8华氏度)。
  冷却的晶体使铒原子稳定到足以引起相互作用的程度,而反射镜将红外光子反弹约数万次,从而为必要的量子跃迁创造了成千上万的机会。研究人员说,这些镜子使该系统比其他系统快60倍,并且效率更高。
  一旦在两种状态之间实现了跳跃,信息就可以传递到其他地方。数据传输带来了一系列需要解决的新问题,但是科学家们正忙于研究解决方案。
  与量子技术的许多进步一样,要花一些时间才能将其从实验室转移到实际的真实世界系统中,但这又是向前迈出的重要一步——这项研究还可以帮助传递数据的量子处理器和量子中继器在更长的距离。
  研究人员在其发表的论文中写道:“因此,我们的系统能够实现光量子位与固态量子位之间的有效相互作用,同时将固态量子位的脆弱量子特性保留到前所未有的程度。” 

责任编辑:实习编辑