12 月 26 日消息，美國西北大學當地時間 20 日發布的官方新聞稿稱，該學校工程師首次成功實現了通過已經承載互聯網流量的光纖電纜進行量子瞬間傳輸。其標志著量子通信和現有互聯網電纜結合的新可能性，并將大大簡化量子計算或先進傳感技術的基礎設施建設。

研究領導者西北大學的普雷姆?庫馬爾教授表示，“我們的研究展示了量子和經典網絡共享統一光纖基礎設施的路徑。簡單來說，這為量子通信的下一步發展鋪平了道路。”

工作原理

量子瞬間傳輸僅受光速限制，是一種全新的、超高速且安全的遠程信息共享方式，無需直接傳輸信息。其原理基于量子糾纏 —— 當兩個粒子發生糾纏時，無論它們之間的距離多遠，它們始終處于一種關聯狀態。信息的傳遞并不依賴于粒子本身的移動，而是通過量子糾纏粒子之間的信息交換來實現。

在光通信中，所有信號都會轉化為光。傳統的經典通信信號由大量光子組成，而量子通信則僅使用單個光子。

“通過對兩個光子進行破壞性測量 —— 一個攜帶量子態，另一個與它糾纏 —— 量子態就會被轉移到遠處的光子上，”庫馬爾實驗室的博士候選人喬丹?托馬斯表示。“光子本身并不需要傳輸，但其狀態會被轉移到遠距離的光子上。量子瞬間傳輸讓信息可以遠距離傳遞，而無需實際傳送信息本身。”

關鍵：避開交通

在庫馬爾之前的研究中，許多科學家懷疑量子瞬間傳輸是否能在承載經典通信的電纜中實現。糾纏光子可能會被其他大量光子干擾，導致信號混亂，就像一輛自行車在一條充滿重型卡車的隧道中穿行。

庫馬爾團隊找到了一種方法，能讓這些微弱的光子避開繁忙的流量。他們仔細研究了光在光纖中的散射現象，最終找到了一個合適的波長來傳輸光子，并加入了特殊的濾波器以減少互聯網流量帶來的噪音。

“我們仔細研究了光的散射機制，并將光子放在了一個散射效應最小的點，”庫馬爾說。“我們發現，借此方法可以在不受經典信道干擾的情況下進行量子通信。”

新方法測試

庫馬爾和團隊在一條長 30 公里的光纖中分別放置了兩個光子，并通過這條電纜同時傳輸了量子信息和高速互聯網流量。最終，實驗人員通過量子測量方法驗證了接收端的量子信息質量，并執行了量子瞬間傳輸協議。實驗結果顯示，即便互聯網流量繁忙，量子信息依然成功傳輸。

“雖然許多團隊已經研究過量子和經典通信的共存問題，但這是首個在這種新場景下成功實現量子瞬間傳輸的研究，”托馬斯說。“這種無需直接傳輸的方式為更先進的量子應用打開了大門，未來也無需專用的光纖。”

有關研究成果已經在最新一期《光學》雜志上發表。