近日，美國(guó)西北大學(xué)傳來(lái)了一項(xiàng)引人矚目的科技突破。該校的工程師們成功地在一條已經(jīng)承載互聯(lián)網(wǎng)流量的光纖電纜上，實(shí)現(xiàn)了量子瞬間傳輸。這一成果不僅為量子通信與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的融合開辟了新途徑，更預(yù)示著量子計(jì)算和先進(jìn)傳感技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將迎來(lái)重大簡(jiǎn)化。
在這項(xiàng)研究中，西北大學(xué)的普雷姆·庫(kù)馬爾教授擔(dān)任了領(lǐng)導(dǎo)角色。他表示：“我們的研究證明了量子網(wǎng)絡(luò)和經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)可以共享同一光纖基礎(chǔ)設(shè)施，這無(wú)疑為量子通信的未來(lái)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”
量子瞬間傳輸是一種革命性的遠(yuǎn)程信息共享方式，其速度僅受光速限制，且具備極高的安全性。這一技術(shù)的核心在于量子糾纏，即兩個(gè)粒子在糾纏狀態(tài)下，無(wú)論相隔多遠(yuǎn)都能保持關(guān)聯(lián)。信息的傳遞并非依賴于粒子的物理移動(dòng)，而是通過(guò)糾纏粒子之間的狀態(tài)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在光通信領(lǐng)域，傳統(tǒng)的經(jīng)典通信信號(hào)由大量光子構(gòu)成，而量子通信則僅使用單個(gè)光子。庫(kù)馬爾實(shí)驗(yàn)室的博士候選人喬丹·托馬斯解釋道：“通過(guò)對(duì)兩個(gè)光子進(jìn)行破壞性測(cè)量，其中一個(gè)攜帶量子態(tài)，另一個(gè)與之糾纏，量子態(tài)就能被轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)處的光子上。這一過(guò)程無(wú)需實(shí)際傳輸光子本身，而是實(shí)現(xiàn)了量子狀態(tài)的遠(yuǎn)距離傳遞。”
然而，在庫(kù)馬爾教授之前的研究中，科學(xué)家們?cè)鴮?duì)量子瞬間傳輸在承載經(jīng)典通信的電纜中的實(shí)現(xiàn)持懷疑態(tài)度。糾纏光子可能會(huì)受到其他大量光子的干擾，導(dǎo)致信號(hào)混亂。但庫(kù)馬爾團(tuán)隊(duì)找到了一種創(chuàng)新方法，使這些微弱的光子能夠避開繁忙的流量。
他們深入研究了光在光纖中的散射現(xiàn)象，并找到了一個(gè)合適的波長(zhǎng)來(lái)傳輸光子。團(tuán)隊(duì)還加入了特殊的濾波器，以減少互聯(lián)網(wǎng)流量帶來(lái)的噪音干擾。“我們精心設(shè)計(jì)了光的散射機(jī)制，將光子放置在一個(gè)散射效應(yīng)最小的位置。”庫(kù)馬爾教授說(shuō)道，“這樣，我們就可以在不受經(jīng)典信道干擾的情況下進(jìn)行量子通信了。”
為了驗(yàn)證這一新方法的有效性，庫(kù)馬爾和團(tuán)隊(duì)在一條長(zhǎng)達(dá)30公里的光纖中分別放置了兩個(gè)光子，并通過(guò)這條電纜同時(shí)傳輸了量子信息和高速互聯(lián)網(wǎng)流量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即便在互聯(lián)網(wǎng)流量繁忙的情況下，量子信息仍然能夠成功傳輸。這一成果標(biāo)志著量子瞬間傳輸在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的可行性得到了驗(yàn)證。
托馬斯表示：“雖然許多團(tuán)隊(duì)都在研究量子和經(jīng)典通信的共存問(wèn)題，但我們是首個(gè)在這種新場(chǎng)景下成功實(shí)現(xiàn)量子瞬間傳輸?shù)难芯繄F(tuán)隊(duì)。這種無(wú)需直接傳輸?shù)姆绞綖楦冗M(jìn)的量子應(yīng)用打開了大門，未來(lái)我們甚至無(wú)需為量子通信鋪設(shè)專用的光纖。”
這項(xiàng)研究成果已經(jīng)在《光學(xué)》雜志上發(fā)表，為量子通信技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷拓展，量子通信有望在未來(lái)成為信息時(shí)代的重要支柱。
