90%保真度!NASA和費米實驗室實現44公裡長量子隱形傳態

2021-01-09 茶馬星球視野

科幻片中,人類可以實現瞬間位移上天入地無所不能,但是現實中我們目前還無法實現。偉大的科學家們在為人類未來的量子網際網路做出巨大突破,未來我們還真有可能瞬間到達想要到達的地方。

在美國加利福尼亞理工學院的帶領下,來自費米實驗室,NASA噴氣推進實驗室,哈佛大學,卡爾加裡大學和AT&T的協作團隊,現已成功將量子比特以近90%的精度在長達44公裡的光纜中成功傳輸。

背後的原理是由於量子糾纏現象,在這種現象中,神秘地「糾纏」在一起的量子粒子即使相距很遠也表現出完全相同的行為。

量子隱形傳態是量子態從一個位置到另一個位置的「無形」轉移。量子位的量子隱形傳態是使用量子糾纏實現的,其中兩個或更多個粒子彼此密不可分。如果兩個單獨的位置之間共享一個糾纏的粒子對,無論它們之間的距離如何,編碼信息都會被傳送。

當量子網際網路最終成為現實時,它將使 Wifi 顯得過時,撥號上網將會是比現在更加古老的事情。費米實驗室量子研究所的量子科學負責人帕納吉奧蒂斯·斯潘佐裡斯對媒體表示: 我們利用時間存儲器到達時間量子比特,在1.5微米的遠程通信波長上,通過光纖電纜,實現了持續的高保真量子隱形窗臺。這種類型的量子比特可以與部署量子網絡所需的幾種設備兼容。

您可能會意識到實驗中使用的光纖電纜,在當今的電信技術中無處不在。實際上雷射,電子和光學設備也被用於加州理工學院(CQNET)和費米實驗室(FQNET)的實驗中,這些設備有朝一日可能會演變成網際網路的下一個迭代。儘管這些設備您可能認識,但這些實驗所做的卻是使它們能夠無故障地順利運行。信息在半自動系統的幫助下以翹曲速度在電纜上傳播,而半自動系統則在監控纏結粒子的控制和同步的同時對其進行了監控。該系統最多可以運行一周,而無需人工幹預。

那麼如果糾纏的量子比特不管相互之間有多遠都不可分割地聯繫在一起,那麼信息傳播的距離到底有沒有限制呢?假設說,他們可以永遠這樣下去。現實中存在的限制不在於量子比特,而在於它們周圍環境的影響。當其中一個包含信息的量子位停留在原來的位置時,另一個必須是存在於能夠傳輸信息的地方。它可能在途中遇到障礙。

限制信息傳輸距離的是損失和噪聲,或者是由於我們用來發送信息的介質的特性,或者是環境對介質的影響,或者是我們需要實現的各種操作的缺陷信息傳遞。

為了使量子網際網路在本實驗能夠覆蓋的範圍內保持高精度和遠距離運行,為其供電的量子隱形傳態需要量子存儲器和量子中繼器。量子內存基本上是您的計算機和智慧型手機現在使用的內存的量子版本。它沒有以100101011之類的形式存儲內存,而是以量子位的形式存儲它。為了使糾纏的量子位儘可能遠地傳播,量子中繼器通過將量子位分解為不同的部分進行傳輸,這樣可以使這些量子位更容易穿越。

藉助該系統,帕納吉奧蒂斯·斯潘佐裡斯和他的團隊正計劃開發史詩級別的伊利諾州快速量子網絡(IEQNET),該網絡將使用加州理工學院和費米實驗室成功完成實驗的相同技術。顯然需要更多的技術來實現這種科幻思維。它會將量子和非量子函數用於其量子節點和控制項。唯一缺少的將是中繼器,因為它們將需要更多的開發才能在如此廣闊的範圍內運行。斯潘佐裡斯相信量子計算本身已經遠遠超出了網際網路。

他說:「完全分布式的量子計算包括GPS全球定位系統,目前無法實現的安全計算在內的應用程式,以及在設計新材料、新藥物和基礎科學發現方面的進展。量子隱形傳態將釋放出量子計算的全部力量,並對我們的生活產生深遠的影響。」

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