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美陆军两个量子网络相关研究项目取得新进展

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  • 发布时间:2020-06-29 15:01
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【概要描述】据SpaceDaily网站2020年6月26日报道,美国陆军的两个量子网络相关研究项目取得进展,可能将在未来战场行动中发挥关键作用。量子网络有可能提供经典网络无法实现的多种新能力,其中之一就是安全量子通信。在量子通信协议中,信息通常是通过纠缠光子粒子发送的。

美陆军两个量子网络相关研究项目取得新进展

【概要描述】据SpaceDaily网站2020年6月26日报道,美国陆军的两个量子网络相关研究项目取得进展,可能将在未来战场行动中发挥关键作用。量子网络有可能提供经典网络无法实现的多种新能力,其中之一就是安全量子通信。在量子通信协议中,信息通常是通过纠缠光子粒子发送的。

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据SpaceDaily网站2020年6月26日报道,美国陆军的两个量子网络相关研究项目取得进展,可能将在未来战场行动中发挥关键作用。

 

量子网络有可能提供经典网络无法实现的多种新能力,其中之一就是安全量子通信。在量子通信协议中,信息通常是通过纠缠光子粒子发送的。窃听量子通信几乎是不可能的,而且那些试图这样做的人会留下篡改证据;然而,利用经典信道(如光纤线路)通过光子发送量子信息很难——携带信息的光子经常被损坏或丢失,从而导致信号微弱或不相干。

 

在第一个项目中,由美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室分布式量子信息中心资助和管理的芝加哥大学研究团队展示了一种新的量子通信技术,可以绕过那些经典信道。这项研究用一条信道连接两个通信节点,并在节点之间以量子力学方式发送信息,而不需要占用连接信道。

 

“这个结果尤其令人兴奋的原因不仅是因为实现了高效率传输,还因为所开发的系统将使人们得以在存在可变信号损失的情况下进一步探索量子协议,”项目相关负责人萨拉博士说。“克服损失是实现稳健量子通信和量子网络的一个关键。”

 

这项发表在《物理评论快报》上的研究开发了一种使用微波光子(和手机中使用的光子相同)通过微波电缆使两个通信节点纠缠在一起的系统。在这个实验中,研究团队使用了一根大约一米长的微波电缆。通过控制系统的通断,他们能够使两个节点发生量子纠缠并在它们之间发送信息,而不需要通过线缆发送光子。

 

研究人员称,“原则上,这也适用于更远距离。这将比通过光纤信道发送光子的系统更快、更有效。”不过该系统也有局限性,它必须保持非常低的温度,即比绝对零度高几度,研究人员说,它也可能在室温下使用原子而不是光子工作。

 

该团队目前正在进行实验,使几个光子以一种更复杂的状态纠缠,这最终可能使量子通信协议和能力得以增强。然而,纠缠粒子并不仅限于光子或原子。在6月12日发表在《物理评论X》上的第二篇论文中,该芝加哥研究团队首次实现了两个声子(声音的量子粒子)的纠缠。

 

利用一个类似于光量子通信系统的声子通信系统,研究团队将两个微波声子纠缠在一起,这两个声子的音高大约是人耳所能听到的100万倍。一旦声子纠缠在一起,研究人员就用其中一个声子作为先兆来影响系统对另一声子的使用。作为先兆的声子使研究人员能够进行所谓的量子擦除实验,在这个实验中,信息会从测量中擦除,即使在测量完成之后。

 

“声子给你更大的时间窗口去做事,这缓解了量子擦除实验中的一些问题”,研究人员说。尽管与光子相比,声子有很多缺点——例如,它们的寿命往往较短——但它们能与许多可能不会与光子发生强相互作用的固态量子系统发生强相互作用。因此,声子可以提供一种更好的方式与这些系统耦合。

 

这种耦合对于许多量子网络应用来说十分重要,并且可能也有利于其他量子信息科学应用,如量子计算。此外,在同样的频率下,声子的波长要比光子短,这可能会使量子电路更小。

 

“总之,这些实验为未来研究如何构建在非理想环境下运行的量子网络、以及如何在系统之间可靠传输量子信息提供了多种途径,”研究人员说。“这对于未来量子技术的发展都是至关重要的。”

 

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