12 月 26 日消息，美國(guó)西北大學(xué)當(dāng)?shù)貢r(shí)間 20 日發(fā)布的官方新聞稿稱，該學(xué)校工程師首次成功實(shí)現(xiàn)了通過(guò)已經(jīng)承載互聯(lián)網(wǎng)流量的光纖電纜進(jìn)行量子瞬間傳輸。其標(biāo)志著量子通信和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)電纜結(jié)合的新可能性，并將大大簡(jiǎn)化量子計(jì)算或先進(jìn)傳感技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

研究領(lǐng)導(dǎo)者西北大學(xué)的普雷姆?庫(kù)馬爾教授表示，“我們的研究展示了量子和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)共享統(tǒng)一光纖基礎(chǔ)設(shè)施的路徑。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這為量子通信的下一步發(fā)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(yuǎn)程信息共享方式，無(wú)需直接傳輸信息。其原理基于量子糾纏 —— 當(dāng)兩個(gè)粒子發(fā)生糾纏時(shí)，無(wú)論它們之間的距離多遠(yuǎn)，它們始終處于一種關(guān)聯(lián)狀態(tài)。信息的傳遞并不依賴于粒子本身的移動(dòng)，而是通過(guò)量子糾纏粒子之間的信息交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在光通信中，所有信號(hào)都會(huì)轉(zhuǎn)化為光。傳統(tǒng)的經(jīng)典通信信號(hào)由大量光子組成，而量子通信則僅使用單個(gè)光子。

“通過(guò)對(duì)兩個(gè)光子進(jìn)行破壞性測(cè)量 —— 一個(gè)攜帶量子態(tài)，另一個(gè)與它糾纏 —— 量子態(tài)就會(huì)被轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的光子上，”庫(kù)馬爾實(shí)驗(yàn)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(tài)會(huì)被轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)距離的光子上。量子瞬間傳輸讓信息可以遠(yuǎn)距離傳遞，而無(wú)需實(shí)際傳送信息本身。”

關(guān)鍵：避開(kāi)交通

在庫(kù)馬爾之前的研究中，許多科學(xué)家懷疑量子瞬間傳輸是否能在承載經(jīng)典通信的電纜中實(shí)現(xiàn)。糾纏光子可能會(huì)被其他大量光子干擾，導(dǎo)致信號(hào)混亂，就像一輛自行車(chē)在一條充滿重型卡車(chē)的隧道中穿行。

庫(kù)馬爾團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，能讓這些微弱的光子避開(kāi)繁忙的流量。他們仔細(xì)研究了光在光纖中的散射現(xiàn)象，最終找到了一個(gè)合適的波長(zhǎng)來(lái)傳輸光子，并加入了特殊的濾波器以減少互聯(lián)網(wǎng)流量帶來(lái)的噪音。

“我們仔細(xì)研究了光的散射機(jī)制，并將光子放在了一個(gè)散射效應(yīng)最小的點(diǎn)，”庫(kù)馬爾說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)，借此方法可以在不受經(jīng)典信道干擾的情況下進(jìn)行量子通信。”

新方法測(cè)試

庫(kù)馬爾和團(tuán)隊(duì)在一條長(zhǎng) 30 公里的光纖中分別放置了兩個(gè)光子，并通過(guò)這條電纜同時(shí)傳輸了量子信息和高速互聯(lián)網(wǎng)流量。最終，實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)量子測(cè)量方法驗(yàn)證了接收端的量子信息質(zhì)量，并執(zhí)行了量子瞬間傳輸協(xié)議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即便互聯(lián)網(wǎng)流量繁忙，量子信息依然成功傳輸。

“雖然許多團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研究過(guò)量子和經(jīng)典通信的共存問(wèn)題，但這是首個(gè)在這種新場(chǎng)景下成功實(shí)現(xiàn)量子瞬間傳輸?shù)难芯浚蓖旭R斯說(shuō)。“這種無(wú)需直接傳輸?shù)姆绞綖楦冗M(jìn)的量子應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)，未來(lái)也無(wú)需專用的光纖。”

有關(guān)研究成果已經(jīng)在最新一期《光學(xué)》雜志上發(fā)表。