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量子计算有望在未来帮助研究人员解决一些极其复杂的问题,但在此之前,东芝研究团队已经完成了 600 公里(373 英里)的光纤量子通信实验。据悉,传统计算机中的信息,只用到“0”或“1”这种单比特编码。但是在量子计算机中,量子比特却允许叠加态的存在,从而极大地扩展了潜在的计算能力,意味着它们能够解决超出常规计算机能力范围的问题。

东芝打破600公里光纤量子通信纪录

资料图(来自:Toshiba 官网)

比如去年,国产九章量子计算机在 200 秒内完成了一项普通超算需要 25 亿年才能完成的计算。

不过量子计算的更大挑战,在于量子比特对于环境干扰相当敏感。就算是极其微小温度变化或波动,都可能对数据有效性造成影响,意味着长距离的量子信息传输也相当困难。

东芝打破600公里光纤量子通信纪录

研究配图 – 1:实验装置

好消息是,在近日发表于《自然光子学》期刊上的一篇文章中,东芝研究团队已经介绍了他们通过光纤开展量子通信而创下的新距离纪录。

实验成功的关键,在于其开发的所谓“双波段稳定”新技术。在量子比特的基础上,它还会发送两个光参考信号。

东芝打破600公里光纤量子通信纪录

研究配图 – 2:双频稳定方案

这些信号被编码为弱光脉冲的相位延迟,其中第一个参考信号的波长,旨在抵消环境的扰动。而第二个参考信号的工作波长,则与量子比特本身相同,以用于精确控制光的相位。

基于此,东芝团队得以将量子信号维持在几十纳米以内,反之又让它们能够在 600 公里的光纤上传输数据 —— 达到了此前纪录的六倍。

东芝打破600公里光纤量子通信纪录

研究配图 – 3:关键速率模拟与结果

尽管这并不是当前已经取得的最远距离的量子信息传输纪录,因为卫星传输依然凭借 1200 公里(746 英里)的优势高居榜首,但量子互联网仍需与卫星 / 光线网络混合使用。

团队指出,这项技术或最先用于量子密钥分发(简称 QKD)。得益于量子物理学的奇怪规则,这种加密技术会在被第三方观察时导致行为改变,使得用户能够提高警惕、且对潜在的黑客毫无用处。

东芝打破600公里光纤量子通信纪录

研究配图 – 4:量子比特提取的二进制点位映射图

东芝欧洲量子技术部门负责人 Andrew Shields 表示:“近年来,量子密钥分发已被用于城域网的防护”。

而这项最新的进展,又进一步扩展了量子链路的最大跨度,有助于实现跨城市、国家、甚至大陆的传输,而无需使用受信任的中间节点。

通过与卫星 QKD 方案一同实施,新方案将有助于我们在全球范围内建立一个基于量子通信的安全网络。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《Nature Photonics》期刊上,原标题为《600-km repeater-like quantum communications with dual-band stabilization》。

原文链接:http://www.toutiao.com/a6971719636135969294

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