物理學家將量子記憶連結到有史以來最長的距離

2020-09-03 宇宙秘事

我們距離擁有量子網際網路只有一步之遙，但是等等，什麼是量子網際網路？


中國的一個科學家團隊已將超過30英裡（50公裡）光纜的量子記憶聯繫起來，比以前的記錄高出40倍以上。科學家們說，這一壯舉是邁向防黑客網際網路的重要一步。

我們今天使用的網際網路確實是一項革命性的發明。它通過信息將世界聯繫在一起，使我們能夠分享數百萬隻可愛而可愛的貓的照片。但是，網際網路上也充滿了黑客試圖攔截重要或敏感信息的信息。為了進行反擊，物理學家提出了一個解決方案，在薛定'的貓的幫助下，這隻著名的假想死活貓科動物試圖揭露亞原子粒子的怪異本質。提出的解決方案是一個由怪異的量子力學世界統治的新的網際網路。這樣的網際網路有一天可能成為安全發送，接收和存儲數據的標準。

在古典計算世界中，信息由值為0或1的比特表示。量子網際網路，如量子計算機，將利用量子力學的基本特性之一，即疊加原理。物理學家歐文·薛定er（ErwinSchrödinger）的「貓在盒子裡既死又活」的悖論對此進行了著名的描述。量子計算機使用量子位或「量子位」，它們可以以重疊狀態存在，在這種狀態下，它們同時具有1和0的值。量子位以這種不確定狀態存在，直到觀察者對其進行測量，將其壓縮為0或1的確定狀態。

如果將兩個或更多的量子位配對在一起，它們就會糾纏在一起。量子糾纏是兩個或多個粒子之間的空靈連接，因此對一個粒子執行的任何操作都會立即影響另一個粒子，而無論它們之間有多遠。愛因斯坦（Albert Einstein）將該現象稱為「遠距離怪異動作」。量子網際網路的真正魔力始於使用糾纏的粒子（也稱為量子隱形傳態）發送信息時。合肥中國科學技術大學物理學教授潘建偉說：「量子隱形傳態是一種將未知量子態從一個粒子轉移到另一個位置的方法，而無需發送原始粒子本身。」和該研究的合著者在接受《國家科學評論》採訪時說。

由於糾纏的量子位並未以任何形狀或形式物理連結在一起，因此無法攔截它們之間的通信。 潘和他的團隊已經證明了光粒子或光子在空曠空間中的長距離糾纏。2017年，他的團隊使用名為Micius的繞地球軌道的衛星中繼器糾纏了兩個相距746英裡（1200公裡）的光子。

實際上，糾纏是一項挑剔的工作。最小的幹擾（例如溫度變化或振動）會破壞糾纏的粒子之間的聯繫，從而破壞其共享狀態。為了實現真正的量子網際網路，物理學家將需要獲得所謂的量子記憶的幫助。「量子內存是一種存儲量子信息的設備。[它需要存儲兩個狀態的疊加。」中國科學技術大學合肥的包曉慧是該科學的合著者。學習時，告訴Live Science。

量子記憶

在2月12日發表在《自然》雜誌上的這項研究中，潘和他的同事成功地將量子記憶糾纏在50公裡的光纜上。以前的記憶分離記錄為0.8英裡（1.3公裡）。 鮑說，在這項新研究的實驗中，量子記憶是由雷射束縛在真空中的cool原子構成的集合。該團隊使用光子讀取和寫入1億個被困原子的雲。光子被用來將原子激發成更高能態，設定研究人員希望糾纏的量子位，並產生一個糾纏的光子，沿著光纜發送。然後，研究人員需要改變光子的頻率，以免光子在實驗室繞制的50 km光纜中丟失。最終，光子可以在通過電纜的過程中被發送，從而成功糾纏第二個量子存儲器。

儘管實現了存儲器之間的量子糾纏，但該團隊尚未在兩個節點之間執行信息的量子遠傳。研究人員說，他們希望這項工作將為創建量子中繼站網鋪平道路，該站點將糾纏的通信擴展到更長的距離，最終導致大規模的量子網絡。

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