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未來在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)

2015-11-27   來源:科技日報(bào)   評論:0
摘要:電子被困在原子之中,所以糾纏的電子無法通過長距離直接發(fā)生“對話”,不過光子卻可以。因此,科學(xué)家可以先讓光子和電子發(fā)生所謂的“量子關(guān)聯(lián)”,這樣光子就可充當(dāng)信使的作用,傳達(dá)電子的自旋信息。

光子在1.2英里外為電子“捎信兒”,破解了量子物理學(xué)難題 有助量子計(jì)算機(jī)研發(fā)

據(jù)美國斯坦福大學(xué)官方網(wǎng)站報(bào)道,近日該校物理學(xué)家余利奧和他的科研團(tuán)隊(duì)讓相隔1.2英里的光子和自旋的電子發(fā)生了關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)研究解決了量子物理學(xué)領(lǐng)域老大難問題——如何遠(yuǎn)距離傳輸“糾纏”的粒子。

量子糾纏是兩個(gè)或更多粒子在不同的空間即使相距幾千里也互相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。以糾纏的電子為例,電子自旋的方向有兩種,如果兩個(gè)電子發(fā)生了糾纏,它們的自旋方向也會發(fā)生聯(lián)系。愛因斯坦曾把這種現(xiàn)象稱為“幽靈般的行為”。

電子被困在原子之中,所以糾纏的電子無法通過長距離直接發(fā)生“對話”,不過光子卻可以。因此,科學(xué)家可以先讓光子和電子發(fā)生所謂的“量子關(guān)聯(lián)”,這樣光子就可充當(dāng)信使的作用,傳達(dá)電子的自旋信息。

為實(shí)現(xiàn)這一目的,余利奧團(tuán)隊(duì)需要保證光子和電子在長距離傳輸中一直保持關(guān)聯(lián),這是個(gè)很關(guān)鍵的挑戰(zhàn),因?yàn)楣庾釉诠饫w電纜中傳輸時(shí)有改變方向的傾向。光子可有兩種方向——垂直或水平,不過如果光子的方向在途中發(fā)生改變,它與電子的關(guān)聯(lián)就消失了。余利奧設(shè)計(jì)了一種時(shí)間戳來將光子的到達(dá)時(shí)間與電子自旋發(fā)生關(guān)聯(lián),這可以為每個(gè)光子提供參考信息來確認(rèn)它與哪個(gè)電子相互關(guān)聯(lián)。

為最終讓兩個(gè)從未謀面的電子在遠(yuǎn)距離發(fā)生糾纏,科研人員需要將分別與不同的電子發(fā)生關(guān)聯(lián)的光子通過光纖發(fā)送出去,讓它們在中間的分束器中匯合并互動,這就需要讓光子發(fā)生雙光子干涉。但是來源不同的光子會有不同的顏色或波長等,而波長不同的光子無法互相干涉。為克服這個(gè)困難,科研人員在光子傳輸前,讓其通過量子降頻變換器使波長達(dá)到一致,最終成功地讓光子為相距1.2英里的電子捎上了信兒。

“這項(xiàng)工作可為未來在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高度安全傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)做鋪墊。”余利奧補(bǔ)充道,與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比,量子超級計(jì)算機(jī)的速度將實(shí)現(xiàn)指數(shù)級的飛躍,而他們的研究也讓量子計(jì)算機(jī)離現(xiàn)實(shí)更近了一步。

電子的自旋特性讓它成為了能裝載復(fù)雜信息的貨箱,但要把自旋電子器件應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī),還需要一位運(yùn)貨的“車夫”?,F(xiàn)在科學(xué)家讓光子很好地?fù)?dān)起了這個(gè)責(zé)任。接近兩公里之外的關(guān)聯(lián),不但向人們展示了量子現(xiàn)象與傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)之間的差異有多大,也為開啟超快量子計(jì)算、超安全量子密碼等下一代未來技術(shù)提供了鑰匙。

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