什么是量子通信?

量子通信是当前技术幼苗的未来，但要获得有效的结果一直具有挑战性。这并不奇怪，因为量子力学从来没有被描述为一个简单的事业。然而，该领域正在取得进展，结果往往出人意料。

让我们来看看其中的一些，并思考这个正在慢慢进入我们生活的新的量子未来。

大规模的纠缠

量子力学中一个似乎不符合物理学的常见特征是纠缠，这是一种“幽灵般的超距作用”，似乎可以根据一个粒子在远距离上的变化立即改变另一个粒子的状态。这种纠缠很容易在原子上产生，因为我们可以产生具有相互依赖的某些特征的粒子，因此产生了纠缠，但在越来越大的物体上这样做是一个挑战，与量子力学和相对论的统一有关。

当牛津大学克拉伦登实验室的科学家们能够将3毫米乘3毫米、1毫米高的方形钻石缠绕在一起时，他们取得了一些进展。当100飞秒的激光脉冲射向其中一颗钻石时，另一颗钻石即使相隔6英寸也有反应。这是因为钻石在结构上是晶体，因此显示出巨大的声子传输(这是一种代表位移波的准粒子)，成为从一颗钻石传输到另一颗钻石的纠缠信息(舒尔金)。

更好的工作

许多人可能会想知道，为什么我们首先要开发量子传输，因为它们在量子计算机中的应用似乎仅限于非常精确、困难的环境。如果量子通信系统能取得比经典通信系统更好的结果，那将是一个巨大的优势。

Jordanis Kerenidis(巴黎狄德罗大学)和Niraj Kumar首先提出了一个理论场景，允许量子信息以比经典设置更好的效率传输。被称为抽样匹配问题，它涉及用户询问数据子集对是否相同或不同。

传统上，这需要我们通过平方根比例来缩小分组范围，但在量子力学中，我们可以使用经过编码的光子，它通过分束器进行分裂，一个状态发送给接收器，另一个状态发送给数据持有者。光子的相位将携带我们的信息。一旦它们重新组合，它就会与我们相互作用，揭示系统的状态。这意味着我们只需要1比特的信息就能量子化而不是潜在地解决问题道路更多地采用经典方法(哈特内特)。

扩大范围

量子通信的一个问题是距离。在短距离内纠缠信息很容易，但跨越数英里却颇具挑战性。也许我们可以用一种跳跃式的方法，用传输的纠缠步骤。日内瓦大学(UNIGE)的研究表明，这种过程可以用特殊的晶体实现，这种晶体“可以发射量子光，并将其存储任意长时间”。它能够非常精确地存储和发送纠缠光子，使我们向量子网络迈出了第一步!(Laplane)

混合量子网络

正如上面所暗示的，拥有这些晶体可以暂时存储我们的量子数据。理想情况下，我们希望我们的节点是相似的，以确保我们能够准确地传输纠缠光子，但将我们自己局限于单一类型也限制了它的应用。

这就是为什么一个“混合”系统将允许更多的功能。来自ICFO的研究人员能够通过不同波长的材料来实现这一目标。一个节点是“激光冷却的铷原子云”，而另一个节点是“掺杂了镨离子的晶体”。第一个节点产生的780纳米光子能够转换为606纳米和1552纳米，存储时间为2.5微秒(Hirschmann)。

这仅仅是这些新技术的开始。每隔一段时间再来看看我们在量子通信这一始终引人入胜的分支中发现的最新变化。

作品的引用

Hartnett,凯文。“里程碑实验证明量子通信确实更快。”Quantamagazine.org．2018年12月19日。2019年5月7日。

Hirschmann,爱丽娜。“量子互联网是混合的。”Innovations-report.com．创新报告，2017年11月27日。2019年5月9日。

Laplane,西里尔。"用于远距离量子通信的晶体网络"Innovations-report.com．创新报告，2017年5月30日。2019年5月8日。

Shurkin,乔尔。“在量子世界里，钻石可以相互交流。”Insidescience.org．美国物理学会，2011年12月1日。2019年5月7日。

据作者所知，这些内容是准确和真实的，并不意味着要取代来自合格专业人士的正式和个性化的建议。

©2020 Leonard Kelley