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城市量子态传输突破新纪录

更新时间  2021-10-06 00:09 阅读
本文摘要:量子物理学于是以给科学家们一个辽阔的研究空间。那些理解十分小或粒子的世界的人可以和他们一起研究出有一些居然的成果,还包括倾斜现实世界的隐形传态技术。 这些最出色找到背后的科学是简单的,直到最近在实验室设置之外还不需要构建。 但这是变化的:研究人员早已开始实行在现实世界中的量子隐形传态。需要这样做到,可能会彻底改变现代电话和互联网通信,构建高度安全性的、加密的消息传输。

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量子物理学于是以给科学家们一个辽阔的研究空间。那些理解十分小或粒子的世界的人可以和他们一起研究出有一些居然的成果,还包括倾斜现实世界的隐形传态技术。  这些最出色找到背后的科学是简单的,直到最近在实验室设置之外还不需要构建。

但这是变化的:研究人员早已开始实行在现实世界中的量子隐形传态。需要这样做到,可能会彻底改变现代电话和互联网通信,构建高度安全性的、加密的消息传输。

  坐落于加利福尼亚帕萨迪纳的美国宇航局喷气前进实验室的工程师公开发表的一篇论文中,详尽讲解了第一个在城域光纤网络中展开量子隐形传态的实验。这是第一次,这种现象在实际的城市基础设施中早已经常出现了很长的距离。在加拿大,卡尔加里大学的研究人员用于黑暗(并未用于的)卡尔加里下城区电缆传输一个光子的量子态多达3.7英里(6公里)。

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这是在一个实际的城域网内最长距离的量子隐形传态的一个新的记录。  而更长的距离早已再次发生在过去,但那是在实验室环境中展开,其中的光子升空通过线轴电缆仿真长距离导致的信号损失。这一近期的一系列实验在卡尔加里测试的量子隐形传态在实际的基础设施,代表了技术的一大步。

  展出量子效应,如隐形传态的实验室环境以外的牵涉到一个全新的挑战。本实验指出,这些挑战都是可以解决的,因此它标志着未来的量子互联网的一个最重要里程碑,FrancescoMarsili说道,他是一个喷气前进实验室这篇论文的年出版者。

量子通信打开量子力学的一些独有的性质,例如,最后安全性或相连在一起的量子计算机互相交换信息。  对于实验中光子传感器是由马西里和喷气前进实验室的微器件实验室的MattShaw研发的,并与科罗拉多博尔德技术和标准的国家研究所的同事联合合作已完成。他们的专业知识是实验的关键:量子网络是用光子,并必须一些世界上最脆弱的传感器,以告诉究竟粒子再次发生了什么。

  超导探测器平台,已首度由JPL和NIST的研究人员展开用于,使得它可以在电信波长以完全极致效率展开单光子观测,完全没噪音。在早期的探测器类型中这是显然不有可能的,所以像我们这样的实验,利用现有的光纤基础设施,如果没喷气前进实验室的探测器这将不会是不有可能的,卡尔加里大学量子科学与技术研究所的DanielOblak说道。  量子物理学的安全性邮件  增大到一个光子的水平,物理中开始充分发挥出有怪异的规则。科学家理解这些规则可以纠结两粒子,它们的性质是有联系的。

纠结是一个难以想象的概念,粒子具备有所不同的特征或状态,可以在空间中初始化在一起。这意味著无论不会影响一个粒子的状态不会影响另一个,即使他们坐落于彼此相距数英里。

  这是隐形传态来源的地方。假设你有两粒子纠结态,我们称作光子1和光子2,后者被送往一个很远的方位。在那里,它遇上了光子3,两个相互作用。光子3的状态可以移往到光子2,并自动传输到纠结双光子1上。

尽管在事实上,光子1和光子3并没认识过,这中现象还是不会无形的移往再次发生。  此属性可用作安全性地互相交换秘密消息。如果两人分享一个光子纠结对量子信息可以在一个虚无缥缈的方式发送到,使监听者没办法截击,所以无法加载秘密信息。  长距离的传输  该系统在多个领域中的测试都呈现出了具备高度的安全性通信的特点,Marsili说道,还包括金融行业和一些机构如美国宇航局,这些机构都期望维护自己的空间数据信号。

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超导单光子探测器由Marsili、Shaw和他们的同事构建这一研究的主要工具,因为远距离传输光子,必定造成信号的损耗。即使用于激光,光也不会在空间、长距离传输时巩固被传输信号的功率。  下一步是创建中继器,可以更进一步传输一个光子的状态从一个方位到下一个。

正如在长距离的通信中其他信号的中继器一样,他们可以用来传输纠结光子。超强灵敏的光子探测器将容许中继器全国各地送来纠结光子。对于空间涉及的通信,中继器甚至不是适当的;光子最后将可以用于激光器被升空转入太空,而光子态可从地球传输。  中继器被用在卡尔加里的实验中,主要是为了创建量子隐形传态可以在实验室的研究人员用于城市的暗箱单光缆,而其中没电子或网络设备用于。

  通过用于先进设备的超导探测器,我们可以用于单个光子,有效地将经典和量子信息从空间通信传输到地面,Shaw说道。我们计划是用于这些探测器的更加先进设备的版本,用作展开从深空和从国际空间站传输的量子隐形传态的光通信的样板。


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