【独家盘点】2015年光通信行业十大技术突破

2015-12-28 09:23

　7.量子通信新突破：“量子关联” 光子可充当电子的信使

　　美国斯坦福大学物理学家余利奥和他的科研团队让相隔1.2英里的光子和自旋的电子发生了关联。这项研究解决了量子物理学领域老大难问题--如何远距离传输“纠缠”的粒子。

　　量子纠缠是两个或更多粒子在不同的空间即使相距几千里也互相关联的现象。以纠缠的电子为例，电子自旋的方向有两种，如果两个电子发生了纠缠，它们的自旋方向也会发生联系。爱因斯坦曾把这种现象称为“幽灵般的行为”。

　　电子被困在原子之中，所以纠缠的电子无法通过长距离直接发生“对话”，不过光子却可以。因此，科学家可以先让光子和电子发生所谓的“量子关联”，这样光子就可充当信使的作用，传达电子的自旋信息。

　　为实现这一目的，余利奥团队需要保证光子和电子在长距离传输中一直保持关联，这是个很关键的挑战，因为光子在光纤电缆中传输时有改变方向的倾向。光子可有两种方向--垂直或水平，不过如果光子的方向在途中发生改变，它与电子的关联就消失了。余利奥设计了一种时间戳来将光子的到达时间与电子自旋发生关联，这可以为每个光子提供参考信息来确认它与哪个电子相互关联。

　　为最终让两个从未谋面的电子在远距离发生纠缠，科研人员需要将分别与不同的电子发生关联的光子通过光纤发送出去，让它们在中间的分束器中汇合并互动，这就需要让光子发生双光子干涉。但是来源不同的光子会有不同的颜色或波长等，而波长不同的光子无法互相干涉。为克服这个困难，科研人员在光子传输前，让其通过量子降频变换器使波长达到一致，最终成功地让光子为相距1.2英里的电子捎上了信儿。

　　“这项工作可为未来在全球范围内实现数据高度安全传输的量子通信网络做铺垫。”余利奥补充道，与传统计算机相比，量子超级计算机的速度将实现指数级的飞跃，而他们的研究也让量子计算机离现实更近了一步。

　8、日本NTT利用光器件完成量子中继

　　NTT公司与加拿大多伦多大学共同发表了仅用光器件即可进行长距离量子中继通信的研究成果。这一成果表明，在使用量子加密和量子隐形传输等技术进行长距离量子中继通信时，可以不使用迄今为止必不可少的量子存储器，仅使用光收发设备也可以实现量子中继通信，使具有终极安全性能的“量子互联网”向实用的目标又迈进了一步。

　　通常，量子中继通信过程中，在收发设备之间需要设置若干中继器，以便有效传输“量子纠缠”。为此，需要使用量子存储器存储生成的量子纠缠，并在其中进行必要的量子计算。新技术提出了在具备量子纠缠产生条件的状态下先进行量子计算，然后再生成量子纠缠的“时间反演”处理方式。由于该方式不需要使用量子存储器，从而颠覆了量子中继通信必须使用量子存储器的定论。

　　利用线性光器件以及单一光源等现有光通信设备进行量子中继，能够比较容易地实现量子加密的远距离传输，此项技术的应用，将使量子互联网距离实现又接近了一步。NTT公司认为，早日实现量子中继的实用化，也是实现使用类似光器件的量子计算机的重要里程碑。