量子通信，即通過量子粒子，通常是糾纏的光子，發送信息，它有可能成為最終的安全通信渠道，竊聽量子通信幾乎是不可能的。
但是，通過光子在傳統的通道，例如光纖線路上通過光子發送量子信息較困難：攜帶信息的光子經常被破壞或丟失，使信號變得微弱或不連貫。通常，必須多次發送一條消息，以確保它能夠運行。
在一篇新論文中，芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）的科學家展示了一種新的量子通信技術，該技術完全繞開了這些通道。通過將兩個通信節點與一個通道連結，他們證明了這種新技術可以在節點之間以量子力學方式發送信息，而無需佔用連接通道。圖為首次糾纏了兩個聲子，為潛在的新技術打開了大門。
該研究成果論文發表在今天的《物理評論快報》上，該研究利用了兩個節點之間糾纏的怪異量子現象，顯示了量子通信未來的潛在新方向。該研究小組首次將兩個聲子，即聲音的量子粒子，糾纏在一起，為潛在的新技術打開了大門。
研究人員表示：「這些研究代表了一種接近量子技術的新方法。」「這些結果對量子通信和固態量子系統的未來可能意味著什麼，我們感到很興奮。」
鬼魅量子通信
糾纏的光子和聲子與我們的直覺相違背：這些粒子可以被糾纏，這種糾纏可以長距離存在。然後一個粒子的變化會怪異地引起另一個粒子的變化。量子通信通過在粒子中編碼信息來利用這種現象。
研究人員想找到一種發送量子信息而又不會在傳輸中丟失的方法。論文第一與第二作者，為兩名在芝加哥大學普利茲克分子工程學院的中國研究生，他們開發了一種系統，該系統使用微波光子（與手機中使用的光子相同）通過微波電纜糾纏兩個通信節點。在此實驗中，他們使用了約一米長的微波電纜。通過以受控方式打開和關閉系統，它們能夠使兩個節點發生量子糾纏並在它們之間發送信息，而不必通過電纜發送光子。
研究人員說：「我們通過一米長的電纜傳輸信息，而沒有發送任何光子來做到這一點，這是一個非常詭異和不尋常的成就，」「原則上，這也將在更長的距離上起作用。與通過光纖通道發送光子的系統相比，它將更快、更高效。」
儘管該系統具有局限性，必須將其保持非常冷，在比絕對零值高出幾度的溫度下，它可能在室溫下使用原子而不是光子來工作。但是該研究系統提供了更多的控制權，研究團隊正在進行實驗，將多個光子糾纏在一起，從而形成更加複雜的狀態。
用相同的技術纏住聲子
但是，糾纏的粒子不僅限於光子或原子。他們在上周不久發表在《物理評論 X》上的另一篇論文中指出，研究團隊有史以來第一次糾纏了兩個聲子，即聲音的量子粒子。
使用類似於光子量子通信系統的與聲子通信的系統，糾纏了兩個微波聲子，它們的音高比人耳可以聽到的高一百萬倍。
一旦聲子糾纏在一起，研究小組就將其中一個聲子用作「先驅」，這將影響他們的量子系統如何使用另一聲子。這使研究團隊能夠進行所謂的「量子擦除」實驗（quantum eraser experiment），即使在測量完成後，該信息也會從測量中刪除。
儘管聲子相對於光子有些缺陷，例如，它們的壽命較短，但它們與許多可能與光子不強烈相互作用的固態量子系統發生強烈相互作用。聲子可以提供一種更好的方式耦合到這些系統。
研究人員表示：「這一研究為量子系統提供了一個新的窗口，這可能與同樣利用機械運動的引力波探測器，在宇宙上打開了新望遠鏡的方式相似。」
參考：1. H.-S. Chang et al, Remote Entanglement via Adiabatic Passage Using a Tunably Dissipative Quantum Communication System, Physical Review Letters (2020).
2. A. Bienfait et al. Quantum Erasure Using Entangled Surface Acoustic Phonons, Physical Review X (2020).