導(dǎo)讀

最近,，澳大利亞國立大學(xué)（ANU）的科研人員在全球量子互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建模塊研究方面取得了重大的突破,，他們發(fā)現(xiàn)一種摻雜鉺的晶體特別適合作為量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建模塊，它與現(xiàn)有的光纖電纜兼容,，能顯著改善存儲器的存儲時間,。

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量子、存儲,、光學(xué)

背景

量子互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前科技界炙手可熱的前沿課題之一,。它是一種非常安全的，甚至可以說是牢不可破的通信網(wǎng)絡(luò),。傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)是通過光束實現(xiàn)信息傳輸?shù)?，而光束攜帶的信息經(jīng)常可以被攔截和竊聽,。

然而,，采用量子通信的量子互聯(lián)網(wǎng)的信息載體是單個光子，光子在不被破壞的情況下,，其攜帶的信息是無法被獲取的,，也就是說，傳統(tǒng)的駭客攻擊對于量子互聯(lián)網(wǎng)來說是不起作用的,。另外,，依據(jù)量子力學(xué)原理，對量子的任何測量行為都是對量子體的一次修改,，因此任何窺探量子信息的行為都會留下痕跡,，量子信息的接收者都會察覺到。總的來說,，量子通信是一種無條件的安全通信方式,。

然而，構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)并不是一件容易的事,。昨天,，筆者在《存儲單光子的新型量子存儲器：簡單快速！》一文中就介紹過,，存儲單光子的量子存儲器對于構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的重要意義,。簡單化、高帶寬,、低噪音,、與量子通信兼容的存儲設(shè)備，非常有利于量子互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建,。

創(chuàng)新

最近,，澳大利亞國立大學(xué)（ANU）的科研人員在為全球量子網(wǎng)絡(luò)提供實用性的構(gòu)建模塊方面，取得了重大的突破,。由副教授 Matthew Sellars 領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊展示了一種摻雜鉺的晶體,，特別適用于開啟利用量子力學(xué)特性的全球通信網(wǎng)絡(luò)。

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

ANU 量子計算和通信技術(shù)中心（CQC2T）的項目經(jīng)理 Sellars 表示：

“構(gòu)建量子計算機(jī)通常被說成是‘21世紀(jì)的太空競賽’,，但是如今的計算機(jī)直到有了互聯(lián)網(wǎng)，才釋放出其全部潛力,?！?/p>

“我們展示了一種摻雜鉺的晶體，它是一種完美的材料,，特別適合作為量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建模塊,。這種量子網(wǎng)絡(luò)未來將釋放量子計算機(jī)的全部潛力?！?/p>

“我們10年之前就有了這樣的想法,，但是許多同事告訴我們，這個簡單的想法并不可行,。然而這個結(jié)果證明了我們的方案是正確的,。”

這項研究發(fā)表于《自然物理學(xué)》雜志,。它演示了如何顯著改進(jìn)通信兼容的量子存儲器的存儲時間,，一直是一個困擾全球研究人員的重大挑戰(zhàn)。

技術(shù)

對于今天的這項研究,，我們先來聽聽ANU 的 Rose Ahlefeldt 博士,，她說：

“這種通信兼容的量子存儲器是實用的量子互聯(lián)網(wǎng)的重要組件?！?/p>

“存儲器讓我們可以緩沖和同步量子信息,，為遠(yuǎn)程量子通信提供必要的操作?！?/p>

“當(dāng)時,，研究人員使用的存儲器無法在正確的波長工作，必須通過一個復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過程形成通信波長,。這是效率低下的,，意味著他們必須做三件很難的事情，而不是一件,?！?/p>

鉺,，一種稀土離子，具有獨特的量子特性,，與現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)運行在同一個波段,，所以無需轉(zhuǎn)換過程。

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

論文的第一作者,、博士研究生 Milos? Ranc?ic? 表示：

“我們的技術(shù)的獨特優(yōu)勢在于，它和如今的電信基礎(chǔ)設(shè)施一樣,，工作在1550納米的波段,，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的光纖電纜兼容?！?/p>

“我們已經(jīng)展示了,，晶體中的鉺離子能夠存儲量子信息超過一秒，這個時間比其他方案長1萬倍,，未來足以用于通過全球網(wǎng)絡(luò)發(fā)送量子信息,。”

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

價值

Sellars 稱,，新技術(shù)也可以作為量子光源使用，或者作為光鏈路用于固態(tài)量子計算設(shè)備,，將它們連接成量子互聯(lián)網(wǎng),。他說：

“我們的材料不僅與現(xiàn)有的光纖兼容，而且它具有多功能性,，能夠連接許多種量子計算機(jī),，包括CQC2T的硅量子比特，和例如谷歌和IBM開發(fā)的超導(dǎo)量子比特,?！?/p>

“這個研究成果非常激動人心，因為它讓我們能夠開展許多與原理相關(guān)的工作,，讓它變?yōu)閷嶋H的設(shè)備,，用于全面的量子互聯(lián)網(wǎng)?！?/p>

參考資料

【1】http://www./news/all-news/quantum-internet-a-step-closer-with-data-storage-breakthrough

【2】http://dx./10.1038/NPHYS4254

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