數據機可以幫助連接量子網際網路

2020-11-08 微塵匆忙客

量子物理學不僅在量子計算方面有巨大的發展前景，而且在量子網際網路方面也有巨大的發展前景。量子網際網路是將數據從一個地方傳輸到另一個地方的下一代框架。科學家們現在已經發明了一種適合作為網絡網關的量子數據機的技術。


使量子網際網路優於你正在閱讀本文的常規現有網際網路的是安全性:幹擾用量子技術傳輸的數據將實質上中斷連接。它是你能得到的最接近不可指責的東西。

與嘗試生產實用的、商業的量子計算機一樣，將量子網際網路從潛在變為現實需要時間——考慮到其中涉及的難以置信的複雜物理，這並不令人驚訝。量子數據機可能是這項技術非常重要的一步。

德國馬克斯普朗克研究所的物理學家Andreas Reiserer說:「在未來，量子網際網路可以用來連接不同地方的量子計算機，這將大大提高它們的計算能力!」

量子計算是建立在量子位元的基礎上的，與經典的計算機位元不同，量子位元可以同時存儲幾種狀態。這項新研究的重點是將量子計算機中固定的量子位與在這些機器之間移動的量子位相連接。

當你處理像量子物理一樣精細存儲的信息時，這是一個艱巨的挑戰。在這個裝置中，光子被用來在傳輸過程中存儲量子數據，這些光子被精確地調諧到當今通信系統中使用的雷射的紅外波長。

這給了新系統一個關鍵的優勢，因為它將與現有的光纖網絡協同工作，當這項技術準備好推出時，量子升級將更加直接。

為了搞清楚如何使存儲的量子位與移動的紅外光子剛好反應，研究人員確定，元素鉺和它的電子最適合這項工作——但鉺原子自然不傾向於在兩種狀態之間進行必要的量子躍遷。為了使之成為可能，靜態的鉺原子和運動的紅外光子本質上是鎖在一起的，直到它們能夠共存。

計算出如何做到這一點需要仔細計算所需的空間和條件。在他們的數據機中，研究人員在一個由釔矽酸鹽化合物構成的晶體周圍安裝了一個微型鏡像櫃。然後這個裝置被冷卻到零下271攝氏度(零下455.8華氏度)。

冷卻的晶體使鉺原子足夠穩定，從而產生相互作用，而反射鏡將紅外光子反射成千上萬次——本質上為必要的量子躍進的發生創造了成千上萬的機會。研究人員說，這種鏡子使系統的運行速度提高了60倍，效率也大大提高。

一旦完成了兩種狀態之間的跳轉，信息就可以被傳遞到其他地方。這種數據傳輸提出了一系列需要克服的新問題，但科學家們正忙於尋找解決方案。

與量子技術的許多進步一樣，從實驗室到現實世界的系統還需要一段時間，但這是另一個重要的進步——同樣的研究也可以幫助在更遠距離傳輸數據的量子處理器和量子中繼器。

研究人員在他們發表的論文中寫道:「因此，我們的系統使得光和固態量子位元之間能夠有效地相互作用，同時將固態量子位元脆弱的量子特性保留到前所未有的程度。」

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