光速走向未來的量子互聯(lián)網(wǎng)

研究人員已經(jīng)證明了可以作為未來量子互聯(lián)網(wǎng)骨干的設(shè)備的原理驗(yàn)證。研究人員開發(fā)了一種全光子量子中繼器關(guān)鍵元件的原型，這是長(zhǎng)距離量子通信的關(guān)鍵步驟。工程研究人員已經(jīng)證明了可以作為未來量子互聯(lián)網(wǎng)骨干的設(shè)備的原理驗(yàn)證。多倫多大學(xué)工程系教授Hoi-Kwong Lo及其合作者為全光子量子中繼器開發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵元件原型，這是長(zhǎng)距離量子通信的關(guān)鍵步驟。

量子互聯(lián)網(wǎng)是量子信息處理的“圣杯”，可以實(shí)現(xiàn)許多新穎的應(yīng)用，包括信息理論的安全通信。今天的互聯(lián)網(wǎng)并非專為安全而設(shè)計(jì)，它表明：黑客入侵，闖入和計(jì)算機(jī)間諜活動(dòng)是常見的挑戰(zhàn)。邪惡的黑客不斷在個(gè)人，公司和政府建立的復(fù)雜防御層中挖洞。

有鑒于此，研究人員提出了其他傳輸數(shù)據(jù)的方法，這些方法將利用量子物理學(xué)的關(guān)鍵特性來提供幾乎不可破解的加密。最有前途的技術(shù)之一涉及稱為量子密鑰分發(fā)(QKD)的技術(shù)。QKD利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即感知或測(cè)量量子系統(tǒng)狀態(tài)的簡(jiǎn)單行為會(huì)擾亂該系統(tǒng)。因此，任何第三方竊聽都會(huì)留下明顯可檢測(cè)的痕跡，并且可以在任何敏感信息丟失之前中止通信。

到目前為止，這種量子安全性已經(jīng)在小規(guī)模系統(tǒng)中得到證明。Lo和他的團(tuán)隊(duì)是世界各地的研究人員之一，他們正在通過光纖通信解決遠(yuǎn)距離傳輸量子信息的一些挑戰(zhàn)，為未來的量子互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)。

因?yàn)楣庑盘?hào)在通過光纖電纜長(zhǎng)距離傳輸時(shí)會(huì)失去效力，所以稱為中繼器的設(shè)備沿著線路以規(guī)則的間隔插入。這些中繼器可以增強(qiáng)和放大信號(hào)，以幫助沿線傳輸信息。

但量子信息是不同的，現(xiàn)有的量子信息中繼器存在很大問題。它們需要在中繼器站點(diǎn)存儲(chǔ)量子狀態(tài)，使得中繼器更容易出錯(cuò)，難以構(gòu)建，并且非常昂貴，因?yàn)樗鼈兺ǔＴ诘蜏叵鹿ぷ鳌?/p>

羅和他的團(tuán)隊(duì)提出了不同的方法。他們正致力于開發(fā)下一代中繼器，稱為全光子量子中繼器，它將消除或減少標(biāo)準(zhǔn)量子中繼器的許多缺點(diǎn)。在大阪大學(xué)，富山大學(xué)和日本NTT公司的合作者中，Lo和他的團(tuán)隊(duì)在最近發(fā)表在Nature Communications上的一篇論文中證明了他們的工作概念。

“我們開發(fā)了全光子中繼器，允許時(shí)間反轉(zhuǎn)自適應(yīng)貝爾測(cè)量，”Lo說。“因?yàn)檫@些中繼器是全光學(xué)的，所以它們提供了傳統(tǒng)的 - 基于量子存儲(chǔ)器的物質(zhì) - 中繼器不具備的優(yōu)勢(shì)。例如，這種方法可以在室溫下工作。”

量子互聯(lián)網(wǎng)可以提供在傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中無法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，例如難以穿透的安全性和量子隱形傳態(tài)。

“全光網(wǎng)絡(luò)是一種很有前途的基礎(chǔ)設(shè)施形式，可用于未來量子互聯(lián)網(wǎng)所需的快速，節(jié)能通信，”Lo說。“我們的工作有助于為未來鋪平道路。”