傳送技術一直被認為是電影中未來主義的情節。然而,隨著量子物理學的發現,這個不可思議的想法最近變得可能。位於巴塞隆納的光子科學研究所(ICFO)的研究人員取得了突破性進展:成功將攜帶信息的光子從一個地方傳送到另一個物質狀態量子比特上。
這一前所未有的成就展示了實時共享信息的能力,並為未來的量子網絡以及通信與計算的新前景打開了大門。雖然這個過程被形容為「比光速還快」,但這僅僅是一個比喻,真正的突破在於量子態傳送的能力及其帶來的優勢。
量子糾纏與信息傳輸的基本要素
量子傳送依賴於量子力學中的最強糾纏——這是量子力學的一項進展。每次當兩顆粒子被拉近時,它們會糾纏在一起,如同一個伴侶,第一顆粒子發生的任何事情都會立刻影響到第二顆粒子,無論它們相隔多遠。
愛因斯坦將其稱為「遠距離的詭異作用」,並且這一現象在科學界幾十年來一直是大量研究與討論的焦點。正是這種非局域性使得傳送過程成為可能,糾纏的信息可以在兩個點之間傳遞,而無需經過這兩點之間的空間。
在ICFO的實驗中,研究人員使用糾纏光子傳遞量子信息,這意味著該原理能夠將數據傳輸到遠距離。通過使用多路復用量子記憶體存儲糾纏態,研究人員提高了這個過程的效率和概率。
量子傳送的實施與實驗設置
量子傳送的實際過程非常複雜,並伴隨著諸如「愛麗絲」和「鮑勃」這樣的各種實驗。在ICFO的研究中,研究人員在「愛麗絲」端使用一種特殊的晶體生成了糾纏光子對。一個單光子被放置在位於愛麗絲的固態量子記憶體中,而糾纏對中的第二個單光子通過1公里長的單模光纖傳輸到「鮑勃」。
與此同時,在另一端的貝克勒爾,另一個光子被生成並準備用於傳送要寫入的數據。在兩種方法中,我想重點關注的是貝爾態測量(BSM),該測量使愛麗絲端的糾纏光子與鮑勃系統中新生成的光子相互作用,從而將量子態傳送到愛麗絲處存儲的光子上。
從這種配置中可以看到,量子信息可以高效地進行長距離傳送,這是構建量子網絡的先決條件。
與當前電信框架的接口:現有系統如何升級
值得注意的是,這項研究並不依賴於新型的專用設備來收集電信流量數據。使用電信波長的光子確保量子傳送可以集成到現有的基於光纖的電信架構中,從而使從經典通信到量子通信的過渡成為可能。
這種兼容性對於量子網絡的實際實施至關重要,因為它不需要在基礎層面上進行更改,而是可以建立在現有技術之上。實驗提供了高保真度和長達數公里的傳送速率,這表明長距離量子通信可以高效地添加到當前的通信網絡中。
量子通信的未來:傳送的影響與可能性
因此,ICFO團隊能夠在1公里的距離上實現量子信息的傳送,這也顯示了該方法在增強量子通信方面的潛力和能力。由於應用了量子糾纏和非常有效的實驗方法,這項工作為以光速構建安全的量子通信網絡奠定了前所未有的基礎。
雖然實現「比光速還快」的夢想更像是未來主義的願景,但在量子傳送中取得的這一成就是革命性的。儘管仍然存在需要解決的複雜性和障礙,但隨著技術的發展,量子網際網路的現實可能性也在增加。
這一範式轉變是一個突破,可能從根本上重新定義我們對信息的概念化及知識的利用,標誌著信息通信和計算技術的新紀元。