首次在微波范圍內(nèi)保護(hù)量子通信

UPV / EHU物理化學(xué)系的Mikel Sanz領(lǐng)導(dǎo)了由著名期刊Nature Communications出版的實(shí)驗(yàn)的理論小組。實(shí)驗(yàn)已設(shè)法準(zhǔn)備遠(yuǎn)程量子態(tài); 即，在微波機(jī)制中首次與另一個(gè)物理上分離的量子計(jì)算機(jī)建立絕對(duì)安全的通信。這項(xiàng)新技術(shù)可能會(huì)在未來(lái)幾年帶來(lái)一場(chǎng)革命。

在量子旗艦的歐洲大項(xiàng)目中，由UPV / EHU物理化學(xué)系QUTIS集團(tuán)的Mikel Sanz研究員帶頭 - 與德國(guó)和日本研究人員合作進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們?cè)O(shè)法制定了一個(gè)準(zhǔn)備協(xié)議在微波機(jī)制中進(jìn)行通信時(shí)的遠(yuǎn)程量子態(tài)，“這是所有量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行的頻率。這是第一次在這個(gè)范圍內(nèi)這樣做的可能性已經(jīng)被研究過(guò)，這可能會(huì)在下一次發(fā)生一場(chǎng)革命。在安全量子通信和量子微波雷達(dá)領(lǐng)域幾年，“該項(xiàng)目的首席研究員Mikel Sanz觀察到。

遠(yuǎn)程量子態(tài)(稱為遠(yuǎn)程態(tài)準(zhǔn)備)的準(zhǔn)備基于量子糾纏現(xiàn)象，其中糾纏粒子集失去其個(gè)性并且表現(xiàn)為單個(gè)實(shí)體，即使在空間上分離。“因此，如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)共享這種量子相關(guān)性，那么只對(duì)其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行操作會(huì)影響另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)安全的通信，”Sanz解釋說(shuō)。

關(guān)于這種遠(yuǎn)程量子態(tài)制備方案的研究始于大約20年前，但到目前為止，通信一直是在可見(jiàn)光范圍內(nèi)進(jìn)行的。“這是因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)的工作可以在室溫下進(jìn)行，因?yàn)閬?lái)自物體的熱輻射，僅僅是在室溫下的事實(shí)，在光學(xué)范圍內(nèi)極低，因此在這種通信中幾乎不存在干擾，”研究人員解釋道。“然而，在微波狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生數(shù)十億，數(shù)萬(wàn)億的室溫光子，這會(huì)破壞量子特性，因此要避免所有這些干擾，這些實(shí)驗(yàn)必須在接近絕對(duì)零度的溫度(0.05開(kāi)爾文)下進(jìn)行，以限制從身體到最大的輻射，使通信有效“。

在開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的大量工作之后，該團(tuán)隊(duì)設(shè)法在35厘米的距離內(nèi)準(zhǔn)備了一個(gè)遠(yuǎn)程量子態(tài)。“這已經(jīng)成為一項(xiàng)概念測(cè)試，也被稱為原理證明，是了解可以繼續(xù)開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的第一步。但是，我們相信這是一個(gè)非常重要的第一步，可以帶來(lái)一場(chǎng)革命。下一個(gè)十年“，Sanz博士強(qiáng)調(diào)。

研究人員指出了可能發(fā)生這場(chǎng)革命的兩個(gè)領(lǐng)域：“一方面，量子通信或密碼學(xué)，因?yàn)檫@絕對(duì)是安全的，而且不必將頻率改變到光學(xué)范圍(如現(xiàn)在所做的那樣)防止這種通信中的許多損失。另一方面，超精確的量子計(jì)量和量子雷達(dá)。不同的雷達(dá)應(yīng)用基于物體檢測(cè)，這種檢測(cè)是在微波爐中完成的;并且因?yàn)橛袩o(wú)人機(jī)這樣的設(shè)備越來(lái)越多越來(lái)越小，雷達(dá)需要具有越來(lái)越大的探測(cè)能力，以便了解它們的位置。我們正在開(kāi)發(fā)的技術(shù)在這方面可以提供很大幫助。“

這項(xiàng)技術(shù)所能應(yīng)用的這些和許多其他應(yīng)用程序無(wú)法在與當(dāng)前運(yùn)行的溫度一樣低的溫度下構(gòu)思，因此“項(xiàng)目目標(biāo)之一是嘗試使該技術(shù)在室溫下工作。最后，我們所尋求的是將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品，“Sanz總結(jié)道。