近日，美國西北大學(xué)傳來了一項引人矚目的科技突破。該校的工程師們成功地在一條已經(jīng)承載互聯(lián)網(wǎng)流量的光纖電纜上，實現(xiàn)了量子瞬間傳輸。這一成果不僅為量子通信與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的融合開辟了新途徑，更預(yù)示著量子計算和先進(jìn)傳感技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將迎來重大簡化。
在這項研究中，西北大學(xué)的普雷姆·庫馬爾教授擔(dān)任了領(lǐng)導(dǎo)角色。他表示：“我們的研究證明了量子網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)可以共享同一光纖基礎(chǔ)設(shè)施，這無疑為量子通信的未來發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)?！?/p>
量子瞬間傳輸是一種革命性的遠(yuǎn)程信息共享方式，其速度僅受光速限制，且具備極高的安全性。這一技術(shù)的核心在于量子糾纏，即兩個粒子在糾纏狀態(tài)下，無論相隔多遠(yuǎn)都能保持關(guān)聯(lián)。信息的傳遞并非依賴于粒子的物理移動，而是通過糾纏粒子之間的狀態(tài)交換來實現(xiàn)。
在光通信領(lǐng)域，傳統(tǒng)的經(jīng)典通信信號由大量光子構(gòu)成，而量子通信則僅使用單個光子。庫馬爾實驗室的博士候選人喬丹·托馬斯解釋道：“通過對兩個光子進(jìn)行破壞性測量，其中一個攜帶量子態(tài)，另一個與之糾纏，量子態(tài)就能被轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的光子上。這一過程無需實際傳輸光子本身，而是實現(xiàn)了量子狀態(tài)的遠(yuǎn)距離傳遞?！?/p>
然而，在庫馬爾教授之前的研究中，科學(xué)家們曾對量子瞬間傳輸在承載經(jīng)典通信的電纜中的實現(xiàn)持懷疑態(tài)度。糾纏光子可能會受到其他大量光子的干擾，導(dǎo)致信號混亂。但庫馬爾團(tuán)隊找到了一種創(chuàng)新方法，使這些微弱的光子能夠避開繁忙的流量。
他們深入研究了光在光纖中的散射現(xiàn)象，并找到了一個合適的波長來傳輸光子。團(tuán)隊還加入了特殊的濾波器，以減少互聯(lián)網(wǎng)流量帶來的噪音干擾?！拔覀兙脑O(shè)計了光的散射機(jī)制，將光子放置在一個散射效應(yīng)最小的位置?！睅祚R爾教授說道，“這樣，我們就可以在不受經(jīng)典信道干擾的情況下進(jìn)行量子通信了?！?/p>
為了驗證這一新方法的有效性，庫馬爾和團(tuán)隊在一條長達(dá)30公里的光纖中分別放置了兩個光子，并通過這條電纜同時傳輸了量子信息和高速互聯(lián)網(wǎng)流量。實驗結(jié)果顯示，即便在互聯(lián)網(wǎng)流量繁忙的情況下，量子信息仍然能夠成功傳輸。這一成果標(biāo)志著量子瞬間傳輸在真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的可行性得到了驗證。
托馬斯表示：“雖然許多團(tuán)隊都在研究量子和經(jīng)典通信的共存問題，但我們是首個在這種新場景下成功實現(xiàn)量子瞬間傳輸?shù)难芯繄F(tuán)隊。這種無需直接傳輸?shù)姆绞綖楦冗M(jìn)的量子應(yīng)用打開了大門，未來我們甚至無需為量子通信鋪設(shè)專用的光纖?！?/p>
這項研究成果已經(jīng)在《光學(xué)》雜志上發(fā)表，為量子通信技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，量子通信有望在未來成為信息時代的重要支柱。
