首次建立“量子互联网”的关键连接

首次建立"量子互联网"的关键连接

量子信息共享对于发展分布式计算和安全通信的量子网络至关重要。量子计算将有助于解决一些重要类型的问题，比如优化金融风险、解密数据、设计分子和研究材料的性质。

然而，长距离传输时可能会丢失量子信息，这导致了该领域的发展受阻。克服这一障碍的方法之一是将网络划分为更小的部分，并用共享的量子态将它们连接起来。

为此需要一种存储量子信息并再次检索的手段：即量子存储设备。这必须与另一个设备“交流”，后者允许在第一个设备中创建量子信息。

研究人员首次创建了这样一个系统，它将这两个关键组件接口在一起，并使用常规光纤传输量子数据。

这一成就由伦敦帝国学院、南安普顿大学以及德国斯图加特和维尔茨堡大学的研究人员共同完成，并发表在《Science Advances》杂志上。

该研究的共同第一作者、帝国学院物理系的Sarah Thomas博士表示：“将两个关键设备进行接口连接是实现量子网络的一个重要步骤，我们很高兴能成为第一个成功演示这一技术的团队。”

另一位共同第一作者、来自斯图加特大学的Lukas Wagner补充说：“使远距离地点，甚至量子计算机，连接起来是未来量子网络的一个关键任务。”

长距离通信

在常规电信领域（如互联网或电话线路），信息在长距离传输时可能会丢失。为了解决这个问题，这些系统在固定点使用“中继器”读取和重新放大信号，确保其完整到达目的地。

然而，传统的中继器不能用于量子信息，因为任何尝试读取和复制信息的行为都会破坏信息。从某种意义上说，这是一个优势，因为量子连接无法在不破坏信息并警告用户的情况下被“窃听”。但这也是长距离量子网络需要解决的挑战。

克服这个问题的一种方法是以光子的形式共享量子信息。纠缠的光子共享着某种属性，使你无法理解一个而不了解另一个。要在量子网络上长距离共享这种纠缠，你需要两个设备：一个用于创建纠缠的光子，一个用于存储并允许稍后检索它们。

有几种设备可以创建纠缠的光子并将其存储为量子信息，但长期以来，无论是在要求时生成这些光子还是拥有兼容的量子存储设备方面，研究人员都一直未能做到。

光子具有特定的波长（在可见光中创建不同的颜色），但用于创建和存储它们的设备通常是调谐以处理不同的波长，这阻碍了它们之间的接口。

为了使这些设备接口连接，该团队创造了一个系统，其中两个设备使用相同的波长。一个“量子点”产生（非纠缠）光子，然后将其传递给一个量子存储系统，在其中将光子存储在铷原子云中。激光器打开和关闭存储器，允许按需存储和释放光子。

这两个设备的波长不仅匹配，而且与今天的电信网络使用的波长相同——这使得它可以使用日常互联网连接中熟悉的常规光纤进行传输。

欧洲合作

量子点光源由斯图加特大学的研究人员在维尔茨堡大学的支持下创建，然后被带到英国与帝国学院和南安普顿大学的团队进行接口连接。该系统是在帝国学院伦敦的地下实验室组装的。

虽然已经创建了比新系统更有效的独立量子点和量子存储器，但这是首次证明设备可以进行接口连接，且处于电信波长。

该团队现在将继续改进系统，包括确保所有光子都以相同的波长产生，改善光子的存储时间，并使整个系统变得更小。

然而，作为概念验证，这是一个重要的前进步骤，南安普顿大学的合著者指出：“量子社区的成员一直在积极尝试这种连接。包括我们，曾尝试用不同的存储器和量子点设备进行此实验，这已经是五年多前的事情了，这表明了这项工作的难度。

这一次的突破在于召集专家们开发和运行实验的各个部分，使用专业设备并共同努力使设备同步工作。”