电子纸:用于长距离量子通信的晶体网络

日期:2019-01-12编辑作者:航空航天

  量子物理可以保证在到达目的地之前没有拦截消息。由于量子物理定律,光子 - 光子 - 可以同时处于两种不同的状态,相当于空中抛出的硬币,在到达地面之前几乎都是头部和尾部。就像抓住硬币一样,这种状态的叠加一旦被读取就会被破坏。这种独特的功能允许人们在发送消息时检测到邪恶的窃听者。然而,这种技术迄今仅限于短距离。为了扩展这些量子通信的范围,来自瑞士日内瓦大学(UNIGE)的研究人员已经证明了一种基于晶体的新方案,它可以发射量子光并将其存储任意长时间。这项工作,出现在Physical Review Letters为未来的量子中继器铺平了道路。

  量子叠加是量子物理的一个有趣特征。“为了测试通信链路的安全性,我们可以使用光子,光子粒子,我们在其上编码量子比特(类似于计算中使用的比特)”,应用物理小组研究员Cyril Laplane解释说。 UNIGE。他继续说道:“然后我们利用量子叠加的特性,允许光子同时处于两种状态,以测试通信链路的安全性”。实际上,如果光子被拦截和读取,状态的叠加就会丢失,只剩下两种状态中的一种。因此,接收者可以知道该消息是否已被截获。

  由于该协议依赖于单光子的使用,因此当粒子在诸如光纤的传统通信链路中传播时,存在不可忽视的丢失粒子的机会。随着距离的变化,这个问题变得越来越重要。为了远距离通信,人们需要中继器,它们放大并重新广播信号。然而,在不破坏状态叠加的情况下,不可能在量子通信中使用这样的过程。物理学家需要建立一个能够存储光子双重特征的量子中继器,同时也能产生这种状态,这是一个真正的挑战。

  为了构建量子中继器,科学家们研究了大量的原子气体,这些气体通常需要大量的实验装置。“我们正在使用能够存储光量子态的晶体。它具有使用相对简单并且存储时间非常长的优点,“该论文的共同作者Jean Etesse澄清道。这些晶体能够吸收光线并在以后恢复,而无需读取其上编码的信息。此外,它们可以生成单光子并按需存储它们。另一项重要资产是它们的小型化潜力。

  由于晶体是量子信息的来源和存储器,它简化了量子中继器的协议,奠定了量子互联网的基础。UNIGE的物理学家已经开始使用中继器创建量子通信的基本链接。

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