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量子網際網路傳輸記錄在某一天可能導致量子網際網路的出現在某一天

最長距離量子通訊傳輸記錄被又一次打破,在奇異的量子資訊領域,傳輸距離的“破紀錄”似乎是一件可以想見的事情。以量子傳輸方式的實驗中,科研人員將線軸一端的光子瞬間傳送到63英里或102公里長光纖線軸的另一端,傳輸距離是之前記錄的4倍。量子傳輸的實驗成果在某一天可能導致“量子網際網路”的出現,為網際網路插上再次騰飛的翅膀,不僅如此,將會產生下一代的網際網路加密技術,“在黑暗中摸索”的駭客在組織網路攻擊時將面臨更艱難的局面,而網路安全已成為聯合國討論的話題。

以量子傳輸方式將某個物體從時空的一點傳送到時空的另一點,其中沒有涉及該物體的空間移動,這聽起來好像電影“星際迷航”的一個片段,科幻小說不乏“瞬間”到達的場面。科學家也許受到科幻小說“藝術創意”的啟發,從1998年開始,他們進行了反覆的量子傳輸實驗。量子通訊依賴於對某個物體基本細節的量子態資訊的捕獲,量子資訊瞬間地從一個地點傳至另一個地點,在其它某個地點複製出完全一樣的物體。

量子資訊傳輸依賴於量子奇異的物理性質,作為宇宙物質構成的單個基本粒子非常奇特地同時出現在兩個地方,甚至同時出現在更多地方,用形象的語言說來,“量子態”的俄羅斯總統普京同時出現在莫斯科紅場和莫斯科郊外。用物理學家的術語說來,量子資訊傳輸依賴於被物理學家稱之為“量子纏繞”的奇異物理現象,亞原子粒子之間產生了瞬時性的聯絡和影響,它們之間無論分隔多遠,當研究人員直接測量一個粒子的引數,他們即刻獲知另一個粒子的狀態引數,粒子之間的狀態產生了聯絡或纏繞,當對一個粒子的引數進行測量時,研究人員即刻確定了另一個粒子的狀態引數。

目前,物理學家做不到“即刻傳輸”某個物體或某個人,但他們成功地應用了量子通訊技術,量子資訊從一個地點被傳送到另一個地點,最近的實驗表明,標準和技術國家研究所(NIST)的科學家進行了光子的量子傳輸實驗,他們將光子傳送到比之前的光纖實驗更遠的一端,量子光學研究員馬丁·斯蒂文斯解釋說,在實驗中將光量子即刻傳送到很遠的距離,實驗結果讓他們感到十分興奮。

新距離記錄的實驗使用了先進的單光子探測器,它是由超導的二矽化鉬線圈製成的,線路大約有150奈米(或者十億分之一米)寬,冷卻到大約零下457華氏度(零下272攝氏度),這一溫度相當於絕對溫度以上1度,實驗涉及一種在通訊中通常使用的近紅外波長。斯蒂文斯在宣告中的解釋是:僅僅只有大約百分之一的光子穿越了100公里(60英里)的光纖全程,在之前的實驗中從未使用新的探測器,而新的探測裝置能夠測量到難以置信的微弱訊號。

實驗使用了新的探測器,記錄的到達光子數為百分之八十以上,而之前的記錄使用了舊的探測器,最高記錄的到達光子數大約為百分之七十五,新的實驗探測到的迷失光子數比之前減少了十倍,之前實驗的量子資訊傳輸距離達到了89英里或144公里,研究人員在兩個島嶼上進行了長距離傳輸實驗,位於非洲西北海岸的一個是拉帕爾馬島,另一個是特納利夫島。

之前在加那利群島進行的實驗涉及在一個山頂和另一個山頂設定的望遠鏡,夜晚時的兩臺望遠鏡相互“對視”,白天的背景光線對實驗結果產生了干擾。人們可能期待將量子通訊技術應用到日常生活之中,比如:量子資訊從一個城市傳送到另一個城市,人們不是在兩個城市之間相互“對視”,不會受到夜晚背景的限制,光纖將是可行的選擇材料。

未來的量子傳輸技術可能導致“量子網際網路”的開發,資訊傳輸將會更加便捷、安全,人們每天使用網際網路的標準加密協議,似乎不夠安全,未來的網際網路資訊傳輸採用了“不可破解”的量子傳輸安全技術。《光學》雜誌發表了斯蒂文斯研究小組的實驗成果,量子傳輸實驗的目標距離“沒有最遠、只有更遠”,他們將會開發更好的單光子探測器,量子資訊傳輸將會達到更遠的距離。

(編譯:2015-9-24)

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