成功实现相距50公里光纤的存储器间的量子纠缠

（文章来源：科技领航人）

中国一个科学家小组将量子存储器连接在50公里以上的光缆上，比之前的纪录高出40多倍。科学家说，这一壮举是迈向防黑客互联网的重要一步。

我们今天使用的互联网确实是一项革命性的发明。它通过信息将世界联系在一起，使我们能够分享各种各样的照片。但是，互联网上也充满了黑客试图拦截重要或敏感信息的信息。为了进行反击，物理学家提出了一个解决方案，在薛定'的猫的帮助下，那只著名的假死猫科动物试图揭露亚原子粒子的怪异本质。

提出的解决方案是一个由怪异的量子力学世界统治的新互联网。这样的互联网有一天可能成为安全发送，接收和存储数据的标准。

在古典计算世界中，信息用值为0或1的比特表示。量子互联网，如量子计算机，将利用量子力学的基本特性之一，即叠加原理。物理学家欧文·薛定谔（ErwinSchrdinger）的“猫在盒子里既死又活”的悖论对此进行了著名的描述。量子计算机使用量子位，它们可以以重叠状态存在，在该状态下它们同时具有1和0的值。量子位以不确定状态存在，直到观察者对其进行测量，将其压缩为0或1的确定状态。

如果将两个或更多的量子位配对在一起，它们就会纠缠在一起。量子纠缠是两个或多个粒子之间的空灵连接，因此对一个粒子执行的任何操作都会立即影响另一个粒子，而无论它们之间有多远。爱因斯坦（Albert Einstein）将这种现象称为“远距离怪异行为”。量子互联网的真正魔力始于使用纠缠的粒子（也称为量子隐形传态）发送信息时。

合肥中国科学技术大学物理学教授潘建伟说：“量子隐形传态是一种将未知量子态从一个粒子转移到另一个位置的方法，而无需发送原始粒子本身。”由于纠缠的量子位并未以任何形状或形式物理连接在一起，因此无法拦截它们之间的通信。

潘和他的团队已经证明了光子在空旷空间中的长距离纠缠。2017年，他的团队使用名为“墨子”的绕地球轨道的卫星中继器纠缠了两个相隔1200公里的光子。在实践中，纠缠是一项挑剔的工作。微小的干扰（例如温度变化或振动）会破坏纠缠的粒子之间的联系，从而破坏其共享状态。为了实现真正的量子互联网，物理学家将需要获得所谓的量子存储器的帮助。

“量子存储器是一种存储量子信息的设备。它需要存储两个状态的叠加。”中国科学技术大学合肥的包小辉告诉《生活科学(Live Science)》，她是该科学的合著者。在2月12日发表在《自然》杂志上的这项研究中，潘和他的同事成功地将量子存储器纠缠在了50公里的光缆上。以前的存储分离记录为1.3公里。

包说，在这项新研究的实验中，量子存储器是由激光束缚在真空中的原子构成的集合。该团队使用光子读取和写入1亿个被困原子的云。光子被用来将原子激发成更高能态，设定研究人员希望纠缠的量子位，并产生一个纠缠的光子，沿着光缆发送。然后，研究人员需要改变光子的频率，以免光子在实验室缠绕的50公里光缆中丢失。最终，光子可以在通过电缆的过程中被发送，从而成功纠缠第二量子存储器。

尽管实现了存储器之间的量子纠缠，但该团队尚未在两个节点之间执行信息的量子远传。研究人员说，他们希望这项工作将为创建量子中继站网铺平道路，该站点将纠缠的通信扩展到更长的距离，并最终发展成大规模的量子网络。
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