新技术改善量子通信,纠缠声子

时间:2020-06-27 05:14 作者:admin 分享到:

前博士后研究员奥黛丽·比恩菲特(Audrey Bienfait)是该团队的成员之一,该团队首次纠缠了两个声子-声音的量子粒子-为潜在的新技术打开了大门

量子通信-通过粒子(通常是纠缠的光子)发送信息,它有可能成为最终的安全通信通道。窃听量子通信几乎是几乎不可能的,那些尝试的人也将留下他们窃听行为的证据。

但是,通过光子在传统的通道(例如光纤线路)上通过光子发送远距离量子信息是很困难的:携带信息的光子经常被破坏或丢失,使信号变得微弱或不连贯。通常,必须多次发送一条消息,以确保它能够通过。

在一篇新论文中,芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的科学家展示了一种新的量子通信技术,该技术完全绕开了这些通道。通过将两个通信节点与一个通道链接,他们证明了这种新技术可以在节点之间以量子原理方式发送信息,而无需占用链接通道。

这项由安德鲁·克莱兰德教授领导的研究于6月17日发表在《物理评论快报》上,该研究利用了两个节点之间纠缠的怪异量子现象,显示了量子通信未来的潜在新方向。

这项研究与最近发表的第二篇论文相结合,克莱兰德的研究小组首次将两个声子(声音的量子粒子)纠缠在一起,为潜在的新技术打开了大门。

克莱兰德说:“这两篇论文都代表了一种探索量子技术的新方法。”普利兹克分子工程学院的分子工程学教授约翰·A·麦克林和阿贡国家实验室的资深科学家克莱兰德说。这些结果对量子通信和固态量子系统的未来可能意味着什么,我们感到很兴奋。”

纠缠的光子和声子:这些粒子可以被量子原理纠缠,这种纠缠可以长距离存在。然而一个粒子的变化会怪异地引起另一个粒子的变化。量子通信通过在粒子中编码信息来利用这种现象。

克莱兰德想找到一种发送量子信息而又不会在传输中丢失的方法。他和他的团队,包括PME研究生Chang Hung-Shen Chang,开发了一种系统,该系统使用微波光子(与手机中使用的光子相同)通过微波电缆纠缠两个通信节点。

在此实验中,他们使用了约一米长的微波电缆。通过以受控方式打开和关闭系统,它们能够使两个节点发生量子纠缠并在它们之间发送信息,而不必通过电缆发送光子。

克莱兰德说:“我们通过一米长的电缆传输信息,而没有发送任何光子来做到这一点,这是一个非常诡异和不寻常的成就,”克莱兰德说。“从原理上讲,这还将在更长的距离上起作用。与通过光纤通道发送光子的系统相比,它将更快,更高效。”

尽管该系统有局限性-必须将其保持非常冷,在比绝对零值高出几度的温度下-它可能在室温下使用原子而不是光子来工作。但是克莱兰德的系统提供了更多的控制权,他和他的团队正在进行实验,将多个光子纠缠在一起,从而形成更加复杂的状态。

在6月12日发表在《Physical Review X》上的第二篇论文中,克莱兰德和他的团队有史以来第一次纠缠了两个声子-声音的量子粒子。

该团队使用与光子量子通信系统类似的与声子进行通信的系统,包括前博士后研究员奥德丽·比恩费特(Audrey Bienfait),使该团队纠缠了两个微波声子(其音高比人耳可以听到的声响高出一百万倍)。

一旦声子纠缠在一起,研究小组就将其中一个声子用作“先驱”,这将影响他们的量子系统如何使用另一声子。该先驱使团队能够进行所谓的“量子橡皮擦”实验,即使在测量完成后,该信息也会从测量中删除。

尽管声子相对于光子有很多缺点(例如,它们的寿命较短),但它们与许多可能与光子不强烈相互作用的固态量子系统发生强烈相互作用。

克莱兰德说:“它为量子系统提供了一个新的窗口,这可能与同样利用机械运动的引力波探测器在宇宙上打开了新望远镜的方式相似。”

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