美國西北大學(xué)的工程師們成功在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)光纜上演示了量子隱形傳態(tài)，證明量子通信和經(jīng)典通信可以共存
核心發(fā)現(xiàn)：
通過識別低干擾波長并使用特殊濾波器，該團隊成功地在一條30公里長的光纜上，與高速互聯(lián)網(wǎng)信號同時傳輸了量子信息
這項研究簡化了量子網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并為利用現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)安全、長距離的量子連接奠定了基礎(chǔ)
西北大學(xué)的研究人員在光學(xué)領(lǐng)域世界頂尖期刊《Optica》上發(fā)表了一項研究，展示了量子通信可以在同一光纜中與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)信號共存。這項突破對于量子計算和先進傳感技術(shù)所需基礎(chǔ)設(shè)施的簡化具有重要意義
該研究的負責(zé)人，西北大學(xué)電氣工程教授Prem Kumar表示：“這令人難以置信，因為沒有人認為這是可能的。我們的工作展示了一條路徑，可以實現(xiàn)下一代量子網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)共享統(tǒng)一的光纖基礎(chǔ)設(shè)施。基本上，它為將量子通信推向新的高度打開了大門�！�
量子隱形傳態(tài)的原理量子隱形傳態(tài)是一種安全地遠距離共享信息的方式，無需實際傳輸信息本身。該過程依賴于量子糾纏，即兩個粒子之間產(chǎn)生聯(lián)系，使得一個粒子的狀態(tài)瞬間影響到另一個粒子的狀態(tài)，無論它們之間距離多遠。這使得信息可以在相隔數(shù)公里的粒子之間傳遞，而無需直接進行物理傳輸
核心突破在光通信中，所有信號都被轉(zhuǎn)換為光。傳統(tǒng)的信號使用數(shù)百萬個光粒子，而量子信息則依賴于單個光子
這項技術(shù)的核心在于“破壞性測量”。通過對兩個光子進行破壞性測量一個光子攜帶量子態(tài)，另一個光子與另一個光子糾纏量子態(tài)被轉(zhuǎn)移到剩余的光子上，而這個光子可能非常遙遠。隱形傳態(tài)允許在很遠的距離上交換信息，而不需要信息本身進行物理傳輸
挑戰(zhàn)：在交通擁堵中穿行
這項研究面臨的一個主要挑戰(zhàn)是證明量子隱形傳態(tài)可以在擁擠著傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)信號的光纜中工作。量子通信中使用的精細的單光子很容易被構(gòu)成傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)流量的數(shù)百萬個光粒子淹沒�？梢员茸鳌耙惠v脆弱的自行車試圖穿過一條擁擠的、高速行駛的重型卡車隧道。”
解決方案：
為了解決這個問題，Kumar教授和他的團隊研究了光在光纖電纜中的散射方式。他們?yōu)樗麄兊墓庾哟_定了一個不那么擁擠的光波長，并添加了濾波器，以最大限度地減少來自互聯(lián)網(wǎng)流量的噪音。這種仔細的優(yōu)化使得他們能夠在沒有干擾的情況下，同時傳輸量子信息和經(jīng)典數(shù)據(jù)
研究人員仔細研究了光的散射方式，并將光子放置在一個散射機制最小化的關(guān)鍵點，發(fā)現(xiàn)可以在不干擾同時存在的經(jīng)典信道的情況下進行量子通信
測試與結(jié)果：
為了測試這種方法，研究人員使用了一根30公里長的光纖電纜，兩端各有一個光子。他們同時通過電纜發(fā)送量子信息和高速互聯(lián)網(wǎng)流量，并測量接收端量子信息的質(zhì)量。結(jié)果證實，即使在互聯(lián)網(wǎng)流量增加的復(fù)雜情況下，量子隱形傳態(tài)依然有效
雖然許多研究小組已經(jīng)研究了光纖中量子通信和經(jīng)典通信的共存，但這項工作是第一個展示在這種新情景下進行量子隱形傳態(tài)的。這種無需直接傳輸即可發(fā)送信息的能力，為在無需專用光纖的情況下執(zhí)行更高級的量子應(yīng)用打開了大門
下一步Kumar和他的團隊的目標是在更遠的距離上擴展實驗，并探索更復(fù)雜的量子技術(shù)，例如糾纏交換。這涉及到使用兩對糾纏光子來擴展量子通信網(wǎng)絡(luò)的范圍。該團隊還計劃使用現(xiàn)實世界中的地下電纜而不是實驗室控制的線軸進行實驗
Kumar教授認為，這些進展可以為廣泛的量子連接鋪平道路。量子隱形傳態(tài)有能力在地理上遙遠的節(jié)點之間安全地提供量子連接，如果我們選擇合適的波長，我們就不必建設(shè)新的基礎(chǔ)設(shè)施。經(jīng)典通信和量子通信可以共存
這項工作是朝著將量子技術(shù)集成到日常網(wǎng)絡(luò)邁出的重要一步，使得先進的量子應(yīng)用更易于獲得和實用
參考：
https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-11-12-1700&id=565936
https://news.northwestern.edu/stories/2024/12/first-demonstration-of-quantum-teleportation-over-busy-internet-cables/
https://thequantuminsider.com/2024/12/27/northwestern-engineers-achieve-quantum-teleportation-over-existing-internet-cable/
星標AI寒武紀，好內(nèi)容不錯過
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