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2025 06/13 09:13:49
來源:參考消息網

量子隱形傳輸開啟未來互聯網大門

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  參考消息網6月11日報道 據美國《大眾機械》月刊網站5月5日報道,無論是把人類送上太空的科幻未來,還是更接地氣的量子計算概念,我們對量子隱形傳態的愿景一直都系于一個核心的前提:在遙遠粒子之間(即所謂量子糾纏)傳輸量子態的能力。愛因斯坦早在20世紀30年代就首次描述量子糾纏,這是亞原子世界最奇特的物理學之一——具體說來,就是相隔遙遠的粒子經歷某種難以解釋的、看不見的聯系。

  當某個粒子的位置、方向和其他特性被傳輸到別處一個與之糾纏的粒子時,接收方就立即具有發送方的特性。但由于量子物理學某種不為人知的特性,信息一旦傳遞,原始粒子就立即停止存在。其結果是,別處的粒子成為原始粒子完美的物理再現。因此,可以理解量子糾纏如果拓展到宏觀層面如何可以成為貨物或人員等較大物體遠距離瞬間傳輸的基礎。

  自1997年首次成功試驗以來,研究人員和科學家一直在嘗試利用量子糾纏的知識傳送粒子。但是,信息的傳輸極易受損,在與其他信號波形和場相互作用時,容易出現信號衰減和退相干(當量子系統崩潰并且可以通過經典物理學解釋的時候)。這意味著,迄今為止唯一真正的成功案例是通過獨立光纖連接等專用渠道發送糾纏的粒子信息。

  這就是之前的情況了。如今,在一項開創性的科學實驗中,美國西北大學麥考密克工程及應用科學學院的一個研究小組通過公共互聯網基礎設施成功地把量子態隱形傳輸大約18英里(約合29公里)。他們在同行評審期刊《光學》上發表了研究結果。

  這項新研究意義重大,因為它是首次通過現有互聯網數據通道進行量子隱形傳輸。由于量子傳輸過程極易受損,科學家長期以來一直認為下一代互聯網數據流(本質上說是量子通信)無法與今天承載奈飛數據流、短信和電子商務交易的數據共存。一些實驗能夠通過模擬的互聯網信息流保持糾纏信號的連貫性,但從未通過真正的互聯網進行傳輸?,F在,一切都已改變。

  西北大學的研究小組知道,他們需要想出某種辦法讓糾纏的粒子——一顆光子,即“攜帶”光穿越太空的單一粒子——在每秒400吉比特的互聯網流量中保持原有狀態。這段路程看起來有點像駕駛摩托車穿越嚴重擁堵的高速公路而非偏僻的鄉間公路。讓光子在這條擁堵的路上順利前進取決于光線如何通過介質散射。研究人員發現,如果他們利用適當的條件發射光子,就可以將信號所需的通道最小化,從而減少可能遇到的干擾。

  這為量子計算的發展注射一劑強心針。原因在于,長期以來,人們都認為量子計算理論只適用于一個數據通路受到精心管控的單個設備之內——有朝一日,這將帶來性能更好的獨立設備,比如手機、服務器和筆記本電腦——但量子互聯網完全是另一回事。

  一旦我們做到這一點,量子互聯網和普通互聯網的區別就有點像普通互聯網和煙霧信號的區別。量子互聯網帶來的各種應用比我們能夢想到的更強大,更不用說我們能建造使用的了。僅列舉一些我們能想象的例子:強大得多的加密技術;學習速度極大提高、學習成效也極大提高的人工智能;給一些系統精確建模的手段——眼下,這些系統規模太大、變化太快、種類太多而難以分析,比如全球天氣。

  與今天的互聯網很像,量子互聯網將在一個由普遍分散的節點和傳輸系統組成的網絡上運行,在糾纏的粒子之間發送信息。目前的障礙一直是利用現有數據基礎設施無法同時發送量子糾纏信息和無數其他信號。但西北大學團隊取得的突破意味著無需購買并建造一個由線、塔和節點構成的專門用于量子數據的全新系統。

  換句話說,這是朝著未來互聯網邁出的一大步。(編譯/趙菲菲)

【糾錯】 【責任編輯:郭曉婷】
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