據(jù)國外媒體報(bào)道，研究人員近日實(shí)現(xiàn)了量子遠(yuǎn)距傳輸在實(shí)驗(yàn)室之外達(dá)到的最高速度。他們利用一套實(shí)際的城市網(wǎng)絡(luò)，把一個(gè)光子的量子態(tài)傳輸?shù)搅?.7英里(約合6公里)之外。該實(shí)驗(yàn)采用了加拿大卡爾加里市地下鋪設(shè)的光纜。研究人員終于把測(cè)試范圍延伸到了真實(shí)世界之中，標(biāo)志著我們朝實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的終極目標(biāo)又邁進(jìn)了一大步。
如果我們能掌握量子遠(yuǎn)距傳輸技術(shù)，也許有朝一日便能實(shí)現(xiàn)超級(jí)安全的信息加密技術(shù)，信息發(fā)送方在把信息傳輸給接收方的過程中，沒有任何竊聽者能破解這些信息。此次研究由NASA的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、卡爾加里大學(xué)、以及美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所共同開展。
在此次研究中，研究人員采用了“暗纜”(即尚未使用過的光纜)，以及由噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所研發(fā)的光子傳感器，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的情況做出準(zhǔn)確判斷。
而他們也成功開創(chuàng)了新記錄：在真正的城市基礎(chǔ)設(shè)施中，把量子態(tài)的光子傳輸?shù)搅?公里之外。此前雖然也達(dá)到過更長的距離，但都是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。
“要在實(shí)驗(yàn)室之外的環(huán)境中演示量子效應(yīng)(如量子遠(yuǎn)距傳輸?shù)?，我們需要面臨一系列全新的挑戰(zhàn)。”來自噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的共同作者之一、弗朗西斯科·馬西里(Francesco Marsili)指出，“此次實(shí)驗(yàn)說明了這些挑戰(zhàn)可以通過怎樣的方式來解決，因此在實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的征途上，該實(shí)驗(yàn)具有里程碑式的意義?！?/p>
“量子通訊利用了量子力學(xué)中的一些獨(dú)特性質(zhì)，如用它來為信息加密、或者建立量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等等?！绷孔舆h(yuǎn)距傳輸是通過“量子糾纏”現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)的。量子糾纏是指，兩個(gè)粒子無論相隔多遠(yuǎn)，都與彼此存在緊密相連的關(guān)系。某種東西只要對(duì)其中一個(gè)粒子造成了影響，就勢(shì)必也會(huì)影響到另一個(gè)粒子。
假設(shè)一個(gè)名叫“光子1號(hào)”的粒子與“光子2號(hào)”之間存在量子糾纏關(guān)系，即使把光子2號(hào)傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)之外的地方，它們之間的相互聯(lián)結(jié)關(guān)系也依然存在。因此，如果光子2號(hào)在遠(yuǎn)處碰上了光子3號(hào)，并和它產(chǎn)生了相互作用的話，無論光子3號(hào)對(duì)光子2號(hào)造成了什么影響，都會(huì)同樣影響到光子1號(hào)。
研究人員指出，這是一種“無形的轉(zhuǎn)移”，因?yàn)楣庾?號(hào)從未與光子3號(hào)產(chǎn)生直接的聯(lián)系。我們可以利用這一概念，在兩人之間進(jìn)行安全的信息傳遞。但這些都屬于量子物理的研究范疇，無論是粒子本身、還是粒子產(chǎn)生的效應(yīng)，都極其細(xì)小微弱，難以對(duì)其展開研究。不過，在開展這些實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家采用了敏感度極高的光子傳感器，大大提高了探測(cè)結(jié)果的精確程度。
“噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的研究人員們對(duì)超導(dǎo)探測(cè)器的研發(fā)做出了卓越貢獻(xiàn)，讓我們以近乎完美的效率對(duì)通信波段上的單個(gè)光子進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)噪音幾乎為零。”卡爾加里大學(xué)量子科學(xué)技術(shù)研究所的丹尼爾·奧布拉克(Daniel Oblak)表示，“之前的探測(cè)器是做不到這一點(diǎn)的，因此，假如沒有噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的探測(cè)器，我們根本無法在現(xiàn)有的光纖網(wǎng)絡(luò)中開展這樣的實(shí)驗(yàn)?！?/p>
量子遠(yuǎn)距傳輸技術(shù)可以用來建立高度安全的通訊系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行保護(hù)。在今后的研究中，研究人員還將加入中繼器，進(jìn)一步延長相互糾纏的光子傳輸?shù)木嚯x。他們指出，如果使用了中繼器，再加上“超敏光子探測(cè)器”的幫助，他們甚至可以把相互糾纏的光子傳輸?shù)秸麄€(gè)國家的另一端。最終，在進(jìn)行太空通訊時(shí)，我們不用中繼器便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距傳輸，用激光把光子投射到太空中，從地球上實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的遠(yuǎn)距傳輸。
“利用先進(jìn)的超導(dǎo)探測(cè)器，我們便能利用單個(gè)光子，在太空與地球之間高效地傳遞傳統(tǒng)信息或量子信息了?！眹姎馔七M(jìn)實(shí)驗(yàn)室下屬微型設(shè)備實(shí)驗(yàn)室的馬特·肖(Matt Shaw)指出，“我們還計(jì)劃采用更加先進(jìn)的探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)與深空之間的光纖通信、以及與國際空間站之間的量子遠(yuǎn)距傳輸。”