科学家跨越44公里成功实现高精度量子传送

科学家们正在逐步接近实现超安全、超高速的量子互联网：他们现在已经能够将高保真量子信息“传送”到44公里（27英里）之外。数据保真度和传输距离对于构建一个真正的、有效的量子互联网来说都是至关重要的，在这两个领域中的任何一个领域取得进展，对于构建我们下一代通信网络的人来说都是值得庆祝的。

在这种情况下，该团队的量子信息达到了大于90%的保真度（数据准确度）水平，以及通过类似于构成我们现有互联网骨干的广泛光纤网络发送信息。

“我们对这些结果感到兴奋，”来自位于加州理工学院（Caltech）的费米实验室粒子物理和加速器实验室的物理学家Panagiotis Spentzouris说。

“这是在建立一种将重新定义我们如何进行全球通信的技术的道路上的一项关键成就。”

量子互联网技术使用的是qubits；未被测量的粒子，它们像旋转的骰子一样保持悬浮在混合的可能状态中，尚未沉淀。

彼此引入的qubits的身份会以一种‘纠缠’的方式变得明显，一旦它们最终被测量。将这些纠缠在一起的qubits想象成一对骰子--虽然每一个都可以落在任何数字上，但无论相隔多远，它们都保证会加到7。一个位置的数据会立即反映出另一个位置的数据。

通过巧妙地安排纠缠三个夸比特，可以通过它们相互纠缠的伙伴，迫使一个粒子的状态采用另一个粒子的 “掷骰子”。在量子领域，这就好比把一个粒子变成另一个粒子，一眨眼就把它的身份传送到远方。

不过，纠缠仍然需要在一开始就建立起来，然后在通过光纤（或卫星）将夸比特发送到最终目的地时保持。

然而，量子信息的不稳定、微妙的性质使得将纠缠光子长距离传送而不产生干扰变得非常棘手。更长的光纤仅仅意味着更多的噪声干扰纠缠态的机会。

总的来说，用于引导每个立方体的光纤长度加起来有44公里，为我们可以发送纠缠态量子并仍然成功使用它们传送量子信息的距离设定了新的限制。

此前从未有人演示过在如此长的距离上以如此高的精度工作，它使一个城市规模的量子网络更接近现实--尽管要实现这一点还有多年的工作要做。

“通过这次演示，我们开始为芝加哥地区的城市量子网络的建设打下基础。”Spenzouris说。

量子纠缠和数据远程传输是一门复杂的科学，甚至连专家们都没有完全理解它最终如何在量子网络中使用。不过我们得到的每一个这样的概念证明，都让我们离实现这样的网络更近了一些。

除了有望在速度和计算能力上有巨大的提升，量子网络还将是非常安全的--任何黑客尝试都会像破坏一整把锁一样。至少目前，科学家们认为量子互联网络将作为经典互联网的专业扩展，而不是完全替代。

研究人员正在从各种不同的角度解决量子互联网问题，这也是为什么你会看到研究中提到的各种距离--他们并不是都在测量相同的技术，使用相同的设备，测试相同的标准。

这项研究的特殊之处在于量子纠缠传送的精度和距离，以及所使用的‘现成’设备--理论上，利用我们已经有的硬件来扩展这项技术应该是比较容易的。

“我们非常自豪地在可持续、高性能和可扩展的量子传送系统上取得了这个里程碑，”来自加州理工学院的物理学家Maria Spiropulu说。

“随着我们预计在2021年第二季度完成的系统升级，结果将进一步提高。”

该研究已发表在PRX量子杂志上。
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