NASA利用城市现有光纤实现远距离量子传输

网易科技讯 10月18日消息，据国外媒体报道，美国国家航空航天局相关研究人员日前使用城市光缆实现了远距离量子传输，其通过“暗光缆”在加拿大卡尔加里市将激光光子传送了3.7英里。

据悉，这次实验使用的传输媒介是研究人员称之为“暗光缆”光纤。这是研究人员脱离实验室环境在真实环境中进行的量子传输实验，其超过3.7英里的传输距离是新的实验记录。其标志着人类向建成量子互联网迈出了重要一步。通过量子传送的方式可以实现加密信息的绝对安全传输，其允许信息发送者将“无形信息”发送给接受者，而在量子网络上无法实现信息拦截。

这项研究的相应成果发表在最新一期的《自然光子学》（Nature Photonics）杂志上，是美国国家航空航天局喷气推进实验室、加拿大卡尔加里大学以及美国科罗拉多州博尔德国家标准与技术研究所的合作项目。研究人员采用未经使用过的“暗光缆”进行量子传输，同时通过特别设计的光子传感器对传输光子进行检测。据悉，这是首次在现有的城市光缆中实验量子传输，也是首次在实际基础设施中实现长达3.7公里的光子传送。此前研究人员仅仅能够在实验室环境下实现这一距离的量子传送。

研究人员Francesco Marsili指出，“在实验室外进行量子传输，涉及到一系列问题，是一个全新的挑战。该实验克服了这些问题，是未来量子互联网发展的一个重要里程碑。”

研究人员表示，“量子通信实现了量子力学的一些独特性质，譬如应用量子计算机实现信息的安全传输。”

研究人员解释称，“量子通信通过量子纠缠实现，后者是不同空间的两个或两个以上粒子组成系统并相互影响的现象。其中影响一个粒子状态的事物也会影响到另一个粒子。假设称之为光子1和光子2的两个粒子发生纠缠，那么即便后者被发送到远距离位置，也能够依旧保持连接状态。此时，如果光子2在光子3的影响下发生状态改变，那么同样的影响也将会发生在光子1上。虽然光子1和光子3并未直接作用，但这是一种‘无形的转移’。通过这种影响，可以实现信息的安全传递。”

但研究人员同时也指出，由于这种影响属于量子力学的范畴，其涉及的粒子和效应都非常微小，也加大了研究以及探测的难度。

在此次实验中，研究人员采用了超灵敏的光子传感器，对光子状态实现了更为精确的检测。卡尔加里大学量子科学与技术学院的丹尼尔・奥布拉克（Daniel Oblak）表示，“试验中研究人员首创了超导探测平台，其能够对单个光子进行有效检测，几乎没有噪声的影响。早期的探测器无法实现这一点。在这次实验中，使用的是现有的光纤通信，如果没有超灵敏的探测器，根本无法实现。”

量子传输可用于打造高度安全的通信网络。下一步，研究人员将尝试通过中继器实现更远距离的量子传输。

他们表示，在超灵敏光子探测器的帮助下，中继器甚至可以将光子发送至全国各地。

最终，与地球外层空间的通信也能够实现远距离传输。光子将通过激光被发送至外太空，与地球实现远程通信。

美国国家航空航天局喷气推进实验室研究人员Matt Shaw指出，“通过先进的超导探测器，我们可以通过光子状态变化将信息从空间传回地面。我们计划使用更先进的探测器实现外太空以及国际空间站与地面的量子通信。”（晗冰）

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19日在线发表于英国《自然・光子学》杂志上的两篇论文，报告了中国合肥市和加拿大卡尔加里市通过数千米光纤网络的量子隐形传态实验。这两项独立研究表明，通过城市网络进行量子隐形传态在技术上是可行的，这为未来城市范围的量子技术和通讯网络，比如量子互联网打下了坚实基础。