首次通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)量子隱形傳態(tài)

光的量子態(tài)是已成功傳送在互聯(lián)網(wǎng)流量的洪流中穿過(guò) 30 多公里（約 18 英里）的光纜 - 這是一項(xiàng)曾經(jīng)被認(rèn)為不可能的工程壯舉。

美國(guó)研究人員在 2024 年令人印象深刻的演示可能無(wú)法幫助您上班以避開(kāi)早上的交通，或更快地下載您最喜歡的貓視頻。

然而，通過(guò)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施傳送量子態(tài)的能力代表了朝著實(shí)現(xiàn)量子連接邁出的里程碑式的一步計(jì)算網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)加密或強(qiáng)大的新傳感方法.

“這非常令人興奮，因?yàn)闆](méi)有人認(rèn)為這是可能的，”說(shuō)領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的西北大學(xué)計(jì)算機(jī)工程師 Prem Kumar。

“我們的工作展示了一條通往共享統(tǒng)一光纖基礎(chǔ)設(shè)施的下一代量子和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)的道路?；旧?，它為將量子通信推向一個(gè)新的水平打開(kāi)了大門(mén)。

傳遞與《星際迷航》運(yùn)輸系統(tǒng)的相似之處瞬移在眨眼間將乘客穿越時(shí)空，它在一個(gè)位置獲取了一個(gè)物體的量子可能性，并通過(guò)小心地摧毀它，將同樣的可能性平衡強(qiáng)加到另一個(gè)位置的類(lèi)似物體上。

盡管測(cè)量這兩個(gè)物體的行為在同一瞬間決定了它們的命運(yùn)，但糾纏它們的量子身份的過(guò)程仍然需要在太空中的點(diǎn)之間發(fā)送單一的信息波。

就像春雨中的仙女棉花一樣，任何物體的量子狀態(tài)都是可能性的朦朧污點(diǎn)，有可能在創(chuàng)造后瞬間融入現(xiàn)實(shí)。輻射的電磁波和運(yùn)動(dòng)粒子的熱碰撞和研磨迅速將量子意義降低到退相干如果它沒(méi)有以某種方式受到保護(hù)。

屏蔽量子態(tài)計(jì)算機(jī)內(nèi)部是一回事。通過(guò)充斥著銀行交易、貓咪視頻和短信的光纖發(fā)送單個(gè)光子，同時(shí)保護(hù)其量子態(tài)，這要艱巨得多。你還不如把你的量子仙女牙線扔進(jìn)密西西比河，希望它最后的味道一樣好。

為了在每秒 400 Gb 的互聯(lián)網(wǎng)流量中保持其孤獨(dú)光子的寶貴狀態(tài)，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用了各種技術(shù)來(lái)限制光子的通道并減少它可能散射并與其他波混合的機(jī)會(huì)。

“我們仔細(xì)研究了光是如何散射的，并將我們的光子放置在散射機(jī)制最小化的合法點(diǎn)，”說(shuō)庫(kù)瑪。

“我們發(fā)現(xiàn)我們可以執(zhí)行量子通信，而不會(huì)受到同時(shí)存在的經(jīng)典通道的干擾。”

雖然其他研究小組已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)模擬中成功地將量子信息與經(jīng)典數(shù)據(jù)流一起傳輸，但 Kumar 的團(tuán)隊(duì)是第一個(gè)將量子態(tài)與實(shí)際互聯(lián)網(wǎng)流一起傳送的團(tuán)隊(duì)。

每個(gè)測(cè)試都進(jìn)一步表明量子互聯(lián)網(wǎng)是不可避免的，為計(jì)算工程師提供了一個(gè)全新的工具包，用于以前所未有的方式測(cè)量、監(jiān)控、加密和計(jì)算我們的世界，而無(wú)需重新發(fā)明互聯(lián)網(wǎng)來(lái)做到這一點(diǎn)。

“量子隱形傳態(tài)能夠在地理位置遙遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)之間安全地提供量子連接，”說(shuō)庫(kù)瑪。

“但許多人長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為，沒(méi)有人會(huì)建造專(zhuān)門(mén)的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)發(fā)送光粒子。如果我們正確選擇波長(zhǎng)，我們將不必構(gòu)建新的基礎(chǔ)設(shè)施。經(jīng)典通信和量子通信可以共存。

這項(xiàng)研究發(fā)表在光學(xué).

本文的早期版本發(fā)表于 2024 年 12 月。

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