利用城市現(xiàn)有光纖實現(xiàn)遠距離激光光子傳輸

　　據(jù)國外媒體報道，美國國家航空航天局相關研究人員日前使用城市光纜實現(xiàn)了遠距離量子傳輸，其通過“暗光纜”在加拿大卡爾加里市將激光光子傳送了3.7英里。

　　據(jù)悉，這次實驗使用的傳輸媒介是研究人員稱之為“暗光纜”光纖。這是研究人員脫離實驗室環(huán)境在真實環(huán)境中進行的量子傳輸實驗，其超過3.7英里的傳輸距離是新的實驗記錄。其標志著人類向建成量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了重要一步。通過量子傳送的方式可以實現(xiàn)加密信息的絕對安全傳輸，其允許信息發(fā)送者將“無形信息”發(fā)送給接受者，而在量子網(wǎng)絡上無法實現(xiàn)信息攔截。

　　這項研究的相應成果發(fā)表在最新一期的《自然光子學》(Nature Photonics)雜志上，是美國國家航空航天局噴氣推進實驗室、加拿大卡爾加里大學以及美國科羅拉多州博爾德國家標準與技術(shù)研究所的合作項目。研究人員采用未經(jīng)使用過的“暗光纜”進行量子傳輸，同時通過特別設計的光子傳感器對傳輸光子進行檢測。據(jù)悉，這是首次在現(xiàn)有的城市光纜中實驗量子傳輸，也是首次在實際基礎設施中實現(xiàn)長達3.7公里的光子傳送。此前研究人員僅僅能夠在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)這一距離的量子傳送。

　　研究人員Francesco Marsili指出，“在實驗室外進行量子傳輸，涉及到一系列問題，是一個全新的挑戰(zhàn)。該實驗克服了這些問題，是未來量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要里程碑。”

　　研究人員表示，“量子通信實現(xiàn)了量子力學的一些獨特性質(zhì)，譬如應用量子計算機實現(xiàn)信息的安全傳輸。”

　　研究人員解釋稱，“量子通信通過量子糾纏實現(xiàn)，后者是不同空間的兩個或兩個以上粒子組成系統(tǒng)并相互影響的現(xiàn)象。其中影響一個粒子狀態(tài)的事物也會影響到另一個粒子。假設稱之為光子1和光子2的兩個粒子發(fā)生糾纏，那么即便后者被發(fā)送到遠距離位置，也能夠依舊保持連接狀態(tài)。此時，如果光子2在光子3的影響下發(fā)生狀態(tài)改變，那么同樣的影響也將會發(fā)生在光子1上。雖然光子1和光子3并未直接作用，但這是一種‘無形的轉(zhuǎn)移’。通過這種影響，可以實現(xiàn)信息的安全傳遞。”

　　但研究人員同時也指出，由于這種影響屬于量子力學的范疇，其涉及的粒子和效應都非常微小，也加大了研究以及探測的難度。

　　在此次實驗中，研究人員采用了超靈敏的光子傳感器，對光子狀態(tài)實現(xiàn)了更為精確的檢測?？柤永锎髮W量子科學與技術(shù)學院的丹尼爾·奧布拉克(Daniel Oblak)表示，“試驗中研究人員首創(chuàng)了超導探測平臺，其能夠?qū)蝹€光子進行有效檢測，幾乎沒有噪聲的影響。早期的探測器無法實現(xiàn)這一點。在這次實驗中，使用的是現(xiàn)有的光纖通信，如果沒有超靈敏的探測器，根本無法實現(xiàn)。”

　　量子傳輸可用于打造高度安全的通信網(wǎng)絡。下一步，研究人員將嘗試通過中繼器實現(xiàn)更遠距離的量子傳輸。

　　他們表示，在超靈敏光子探測器的幫助下，中繼器甚至可以將光子發(fā)送至全國各地。

　　最終，與地球外層空間的通信也能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳輸。光子將通過激光被發(fā)送至外太空，與地球?qū)崿F(xiàn)遠程通信。

　　美國國家航空航天局噴氣推進實驗室研究人員Matt Shaw指出，“通過先進的超導探測器，我們可以通過光子狀態(tài)變化將信息從空間傳回地面。我們計劃使用更先進的探測器實現(xiàn)外太空以及國際空間站與地面的量子通信。”