利用城市現有光纖實(shí)現遠距離激光光子傳輸

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

　　據悉，這次實(shí)驗使用的傳輸媒介是研究人員稱(chēng)之為“暗光纜”光纖。這是研究人員脫離實(shí)驗室環(huán)境在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行的量子傳輸實(shí)驗，其超過(guò)3.7英里的傳輸距離是新的實(shí)驗記錄。其標志著(zhù)人類(lèi)向建成量子互聯(lián)網(wǎng)邁出了重要一步。通過(guò)量子傳送的方式可以實(shí)現加密信息的絕對安全傳輸，其允許信息發(fā)送者將“無(wú)形信息”發(fā)送給接受者，而在量子網(wǎng)絡(luò )上無(wú)法實(shí)現信息攔截。

　　這項研究的相應成果發(fā)表在最新一期的《自然光子學(xué)》(Nature Photonics)雜志上，是美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室、加拿大卡爾加里大學(xué)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(guò)的“暗光纜”進(jìn)行量子傳輸，同時(shí)通過(guò)特別設計的光子傳感器對傳輸光子進(jìn)行檢測。據悉，這是首次在現有的城市光纜中實(shí)驗量子傳輸，也是首次在實(shí)際基礎設施中實(shí)現長(cháng)達3.7公里的光子傳送。此前研究人員僅僅能夠在實(shí)驗室環(huán)境下實(shí)現這一距離的量子傳送。

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

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

　　研究人員解釋稱(chēng)，“量子通信通過(guò)量子糾纏實(shí)現，后者是不同空間的兩個(gè)或兩個(gè)以上粒子組成系統并相互影響的現象。其中影響一個(gè)粒子狀態(tài)的事物也會(huì )影響到另一個(gè)粒子。假設稱(chēng)之為光子1和光子2的兩個(gè)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(shí)，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(huì )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(wú)形的轉移’。通過(guò)這種影響，可以實(shí)現信息的安全傳遞。”

　　但研究人員同時(shí)也指出，由于這種影響屬于量子力學(xué)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(shí)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(shí)現了更為精確的檢測?？柤永锎髮W(xué)量子科學(xué)與技術(shù)學(xué)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，其能夠對單個(gè)光子進(jìn)行有效檢測，幾乎沒(méi)有噪聲的影響。早期的探測器無(wú)法實(shí)現這一點(diǎn)。在這次實(shí)驗中，使用的是現有的光纖通信，如果沒(méi)有超靈敏的探測器，根本無(wú)法實(shí)現。”

　　量子傳輸可用于打造高度安全的通信網(wǎng)絡(luò )。下一步，研究人員將嘗試通過(guò)中繼器實(shí)現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實(shí)現遠距離傳輸。光子將通過(guò)激光被發(fā)送至外太空，與地球實(shí)現遠程通信。

　　美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室研究人員Matt Shaw指出，“通過(guò)先進(jìn)的超導探測器，我們可以通過(guò)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(jìn)的探測器實(shí)現外太空以及國際空間站與地面的量子通信。”