量子通信領域實現了巨大的飛躍

2020-12-03 博科園

【博科園-科學科普(關注「博科園」看更多)】量子通信確保了絕對的數據安全,是「第二次量子革命」中最先進的分支之一。在量子通信中,參與方可以藉助量子力學的基本原理來檢測任何竊聽的企圖 : 一種測量會影響測量的數量。因此通過識別他對通信信道的測量留下的痕跡,可以檢測到竊聽者的存在。當今量子 通信的主要缺點是數據傳輸速度慢,受限於各方可以進行量子測量的速度。Bar-Ilan大學的研究人員設計了一種克服這個「速度限制」的方法,使數據傳輸速率提高了5個數量級!他們的發現在《Nature Communications》雜誌上發表。

零差檢測是量子光學的基石,是處理量子信息的基本工具。然而標準的零差方法受到很強的帶寬限制。儘管量子通信所利用的量子光學現象可以容易地跨越許多THz的帶寬,但是這種信息的標準處理方法固有地局限於電子可訪問的MHz到GHz範圍,在相關的光學現象之間留下了巨大的差距被用於傳遞量子信息,並且能夠測量它。因此可以處理量子信息的速率是非常有限的。

在量子通信中,參與方可以通過使用量子力學的基本原理來探測竊聽——測量影響測量的量。因此,竊聽者可以通過識別他測量的通信信道留下的痕跡來檢測。量子通信的主要缺點是數據傳輸的速度很慢,受限於各方執行量子測量的速度。巴伊蘭大學的研究人員設計了一種方法來克服這一問題,並使數據傳輸速率增加超過5個數量級!這幅圖展示了他們的技術,用直接的光學非線性代替了電子的非線性,將量子信息轉化為一個經典的光信號。圖片版權:Bar-Ilan University

在他們的工作中,研究人員取代了作為零差檢測核心的電非線性,將光量子信息轉化為經典的電信號,具有直接的光學非線性,將量子信息轉化為經典的光信號。因此,、測量的輸出信號保持在光學狀態,並保留了巨大的帶寬光學現象提供。Yaakov Shaked博士說:提供直接的光學測量,可以節省信息帶寬,而不需要進行量子光學信息帶寬的電學測量。」 在Avi Peer教授的實驗室裡進行研究。為了演示這個想法,研究人員同時測量了一個跨越55THz的超寬帶量子光學狀態,在整個光譜中表現出非經典的行為。這種使用標準方法的測量實際上是不可能的。

這項研究是通過量子光學實驗室的Avi Pe'er教授和Michael Rosenbluh教授以及物理系和納米技術與高級研究所的Yoad Michael,Rafi Z. Vered博士和Leon Bello之間的合作完成的Bar-Ilan大學的材料。這種量子測量的新形式也與「第二次量子革命」的其他分支有關,如超大功率量子計算,超靈敏量子傳感和超解析度量子成像。

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