世界首個(gè)初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成功

兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的陌生人不約而同地想做同一件事，好像有一根無形的線繩牽著他們，這種神奇現(xiàn)象可謂“心靈感應(yīng)”。物理學(xué)家正在利用量子力學(xué)中的類似現(xiàn)象“量子糾纏”打造量子互聯(lián)網(wǎng)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月12日（北京時(shí)間）報(bào)道，德國馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所科學(xué)家實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)基于眾多單個(gè)原子和光子的初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)。

量子糾纏描述的是兩個(gè)微觀粒子無論相隔多遠(yuǎn)，只要彼此處于量子糾纏，通過改變一個(gè)粒子的量子狀態(tài)，就可以使另一個(gè)粒子狀態(tài)也發(fā)生改變?？茖W(xué)家預(yù)測，利用這種特性建立的量子網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)要快千萬倍，而且要想破譯它的密碼非常困難。

馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所主任、量子動(dòng)力學(xué)部門負(fù)責(zé)人格哈德教授說，這個(gè)初級(jí)量子網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)耦合的單原子節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過連續(xù)的單光子交換來傳遞量子信息。這種量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方式提供了一個(gè)清晰的可擴(kuò)展視角，因此大有發(fā)展前景。

研究人員通過調(diào)整激光束將原子捕獲在光學(xué)腔中，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)被困原子發(fā)射單光子的控制。他們證明了這種單原子腔系統(tǒng)是一個(gè)在單光子中存儲(chǔ)信息編碼的完美接口，信息經(jīng)過一定的儲(chǔ)存時(shí)間后，可被傳遞到第二個(gè)單光子。

這兩個(gè)各自代表網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)通過一個(gè)60米長的光纖相連，被安裝在相隔21米的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室中。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的量子糾纏，研究人員利用激光讓位于A節(jié)點(diǎn)的原子發(fā)射一個(gè)光子，其量子態(tài)會(huì)映入光子的偏振態(tài)。光子通過光纖抵達(dá)B節(jié)點(diǎn)并被吸收，量子態(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)移到位于B節(jié)點(diǎn)的原子。原子的量子態(tài)可很容易通過單光子的偏振態(tài)讀出，多個(gè)原子腔節(jié)點(diǎn)便可構(gòu)成一個(gè)規(guī)模化的量子系統(tǒng)。

這是第一次將兩個(gè)這樣的系統(tǒng)連接，并在它們之間進(jìn)行量子信息高效率和高保真的交換，也是科學(xué)家第一次遠(yuǎn)距離在大量分離的粒子之間創(chuàng)建量子糾纏，從而建立世界上最大的量子系統(tǒng)。

研究人員稱：“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)原型，在節(jié)點(diǎn)之間完成了量子信息的可逆交換。此外，還可以在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生遠(yuǎn)程糾纏，并保持約100微秒，而這種糾纏的產(chǎn)生只需約1微秒。間隔很大距離的兩個(gè)系統(tǒng)的糾纏，本身就是一個(gè)迷人的現(xiàn)象。未來人們通過它不僅可以進(jìn)行非常遠(yuǎn)距離的量子信息溝通，而且還將使大型量子互聯(lián)網(wǎng)完全實(shí)現(xiàn)成為可能?！?/p>

（來源：科學(xué)網(wǎng)）