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用U盤將量子糾纏儲存,？高速遠(yuǎn)距離量子通信指日可待
2022年04月24日 11:06:21
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5357
隨著量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們期待著,，未來量子通信衛(wèi)星可以結(jié)合量子存儲器,，實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的高速量子通信。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】光子是未來量子網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的天然載體,，然而由于光子在光纖中傳輸損耗與傳輸距離呈指數(shù)關(guān)系增長，目前量子通信和距離被限制在三百公里左右,。儲存器的功能就是將信息儲存起來,，直到有用的時候再將信息讀出。那是否擁有一種儲存器,，能夠儲存光子的糾纏態(tài),，讓量子通信和距離被延續(xù)得更長呢,？
量子儲存器是一種可以將量子態(tài)儲存起來，并且過一段時間還可以將存儲的量子態(tài)讀取出來的器件,，是量子中繼的核心器件,。經(jīng)典儲存器一個儲存單位往往只能儲存一個比特，而量子儲存器的一個存儲單位可以一次性存儲N個量子比特,。量子儲存器是構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)的核心部件,，實(shí)用化量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成依賴于高性能量子儲存器的物理實(shí)現(xiàn)。近二十年來,，人們逐漸嘗試著將承載著量子信息的單個光子也存儲起來,，利用存儲器進(jìn)行多光子同步、量子計算以及遠(yuǎn)距離量子通信,。
量子網(wǎng)絡(luò)是指將諸多位于不同地點(diǎn)的量子處理器連接形成一個可以傳輸量子態(tài)的網(wǎng)絡(luò),，它能夠提供許多革命性的功能，包括任意遠(yuǎn)距離的安全通信,、分布式量子計算,、量子密鑰分發(fā)、量子計算機(jī)互聯(lián)等眾多量子信息的應(yīng)用,。而實(shí)現(xiàn)它的基礎(chǔ)單元就是兩個遠(yuǎn)距離的量子儲存器之間的糾纏,。
但是在糾纏過程中必然會存在著信道損耗，單個光子在光纖網(wǎng)絡(luò)中傳輸面臨指數(shù)級的損耗,，單光子穿越100千米光纖的幾率是百分之一,，而穿越500千米光纖的幾率則降至100億分之一。目前基于光纖的糾纏分發(fā)距離被限制在百千米量級,。盡管這一問題可以通過中繼放大器對經(jīng)典信號不斷放大來解決,，但由于未知的量子態(tài)不能被精確復(fù)制，傳統(tǒng)的中繼放大器也并非能夠適用于量子通信,。遠(yuǎn)程量子糾纏分發(fā)也變成為了量子信息領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)之一,。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊首次實(shí)現(xiàn)基于吸收型存儲器的量子中繼基本鏈路，并展現(xiàn)了多模式量子中繼的通信加速效果,。中國科大團(tuán)隊把量子光源劃分為確定性量子光源和概率性量子光源,，這種突破性的存控制技術(shù)所制成的存儲裝置，可以大幅提高糾纏建立的成功概率并提升最終的糾纏分發(fā)的速率,，并且能夠存儲一個小時左右的量子比特,，還會在計算過程中更新量子信息。
長壽命量子儲存的不止可以用于長程的量子通信,，未來還可能研制出類比于經(jīng)典U盤的量子U盤,。這種革命性的基于超長壽命量子存儲實(shí)現(xiàn)可移動的量子U盤，也是一種遠(yuǎn)程量子通信的解決方案，在原則上可以實(shí)現(xiàn)對量子糾纏物體的經(jīng)典搬運(yùn),。量子通信將不再依賴光纖布網(wǎng),，只要讓量子U盤攜帶量子糾纏，利用任何交通工具就能到達(dá)任何地方,。它將會是一種高靈活性且相對低成本的點(diǎn)對點(diǎn)量子通信方式,，甚至有望在身份認(rèn)證、簽名,、量子密碼,、量子信息共享等各領(lǐng)域取得應(yīng)用。
量子儲存器不僅僅能夠服務(wù)于可以預(yù)見的應(yīng)用,，其低噪音以及量子特性還能夠?yàn)榛A(chǔ)物理提供新的可能,。總之,，量子信息研究一方面給人們提供了更加強(qiáng)大的信息處理工具,，另一方面也在促使人們回過頭來重新研究量子物理的基本問題，在不斷對量子信息的研究中,，任何突破都將徹底改變?nèi)祟愇磥淼纳?。并且隨著量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我們期待著,，未來量子通信衛(wèi)星可以結(jié)合量子存儲器,，實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的高速量子通信。
(資料參考來源：科技日報,、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,、知網(wǎng))
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