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光速:走向未来的量子互联网

2019-02-08 14:55:48 来源:

工程研究人员已经证明了可以作为未来量子互联网骨干的设备的原理验证。多伦多大学工程系教授Hoi-Kwong Lo及其合作者为全光子量子中继器开发了一个关键元件原型,这是长距离量子通信的关键步骤。

量子互联网是量子信息处理的“圣杯”,可以实现许多新颖的应用,包括信息理论的安全通信。今天的互联网并非专为安全而设计,它表明:黑客入侵,闯入和计算机间谍活动是常见的挑战。邪恶的黑客不断在个人,公司和政府建立的复杂防御层中挖洞。

有鉴于此,研究人员提出了其他传输数据的方法,这些方法将利用量子物理学的关键特性来提供几乎不可破解的加密。最有前途的技术之一涉及称为量子密钥分发(QKD)的技术。QKD利用了这样一个事实,即感知或测量量子系统状态的简单行为会扰乱该系统。因此,任何第三方窃听都会留下明显可检测的痕迹,并且可以在任何敏感信息丢失之前中止通信。

到目前为止,这种量子安全性已经在小规模系统中得到证明。Lo和他的团队是世界各地的研究人员之一,他们正在通过光纤通信解决远距离传输量子信息的一些挑战,为未来的量子互联网奠定基础。

因为光信号在通过光纤电缆长距离传输时会失去效力,所以称为中继器的设备沿着线路以规则的间隔插入。这些中继器可以增强和放大信号,以帮助沿线传输信息。

但量子信息是不同的,现有的量子信息中继器存在很大问题。它们需要在中继器站点存储量子状态,使得中继器更容易出错,难以构建,并且非常昂贵,因为它们通常在低温下工作。

罗和他的团队提出了不同的方法。他们正致力于开发下一代中继器,称为全光子量子中继器,它将消除或减少标准量子中继器的许多缺点。在大阪大学,富山大学和日本NTT公司的合作者中,Lo和他的团队在最近发表在Nature Communications上的一篇论文中证明了他们的工作概念。

“我们开发了全光子中继器,允许时间反转的自适应贝尔测量,”Lo说。“因为这些中继器是全光学的,所以它们提供了传统的 - 基于量子存储器的物质 - 中继器不具备的优势。例如,这种方法可以在室温下工作。”

量子互联网可以提供在传统互联网中无法实现的应用,例如难以穿透的安全性和量子隐形传态。

“全光网络是一种很有前途的基础设施形式,可用于未来量子互联网所需的快速,节能通信,”Lo说。“我们的工作有助于为未来铺平道路。”

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