量子網際網路關鍵技術的突破，使我們離量子網際網路時代又近了一步

2020-11-08 科技領航人

量子物理學不僅在量子計算領域而且在量子網際網路方面都有望取得巨大進步，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。現在，科學家發明了適用於量子數據機技術，該技術可以充當網絡網關。

使量子網際網路優於您正在瀏覽的常規現有網際網路的優勢在於安全性：用量子技術幹擾正在傳輸的數據實際上會破壞連接，它儘可能地接近不可破解。

與嘗試生產實用的商用量子計算機一樣，將量子網際網路從潛力變為現實也需要時間-考慮到所涉及的極其複雜的物理學，這不足為奇。量子數據機對於該技術而言可能是非常重要的一步。

「將來，量子網際網路可以用來連接位於不同地方的量子計算機，這將大大提高其計算能力！」德國馬克斯·普朗克研究所的物理學家安德烈亞斯·雷塞爾（Andreas Reiserer）說。

量子計算是基於量子位的概念構建的，與傳統計算機位不同，量子位可以同時存儲多個狀態。這項新的研究著重於將量子計算機中的靜止量子位與在這些機器之間移動的運動量子位連接起來。

當我們處理與量子物理學一樣精細地存儲的信息時，這是一個艱巨的挑戰。在這種設置中，光子用於存儲傳輸中的量子數據，將光子精確地調整到當今通信系統中使用的雷射的紅外波長。

這為新系統提供了一個關鍵優勢，因為它可以與現有的光纖網絡配合使用，當該技術準備推出時，這將使量子升級變得更加簡單。

圖註：暴露於紅外光（紅色光碟）中的鉺原子（箭頭）的圖示。

在搞清楚如何讓存儲的量子位與移動的紅外光子反應正確時，研究人員確定鉺元素及其電子最適合這項工作，但 鉺元素 原子自然不會傾向於在兩個狀態之間進行必要的量子跳躍。為了實現這一點，靜態的鉺元素原子和移動的紅外光子基本上被鎖在一起，直到它們相處。

制定方法需要仔細計算所需的空間和條件。研究人員在數據機內部，在由矽酸釔化合物製成的晶體周圍安裝了一個微型鏡櫃。然後將該裝置冷卻至負271攝氏度（負455.8華氏度）。

冷卻的晶體使鉺原子穩定到足以引起相互作用的程度，而反射鏡將紅外光子反彈約數萬次，從而為必要的量子躍遷創造了成千上萬的機會。研究人員說，這些鏡子使該系統比其他系統快60倍，並且效率更高。

一旦在兩種狀態之間實現了跳躍，信息就可以傳遞到其他地方。數據傳輸帶來了一系列需要解決的新問題，但是科學家們正忙於研究解決方案。

與量子技術的許多進步一樣，要花一些時間才能將其從實驗室轉移到實際的真實世界系統中，但這又是向前邁出的重要一步——這項研究還可以幫助傳遞數據的量子處理器和量子中繼器在更長的距離。

研究人員在其發表的論文中寫道：「因此，我們的系統能夠實現光量子位與固態量子位之間的有效相互作用，同時將固態量子位的脆弱量子特性保留到前所未有的程度。」

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