陳根：量子科技新突破，打破600公里光纖量子通信紀錄_風聞

文/陳根

近年來，隨着量子力學領域的不斷突破，量子計算受到了越來越多的關注。量子計算作為一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式，它與現有計算模式完全不同。

在經典計算機中，信息的基本單位是位（Bit）。所有這些計算機所做的事情都可以被分解成0s 和 1s 的模式，以及 0s 和 1s 的簡單操作。

與傳統計算機由比特構成的方式類似，量子計算機由量子比特（quantum bits）或量子位（qubits）構成，一個量子比特對應一個狀態（state）。但是，比特的狀態是一個數字（0或1），而量子比特的狀態是一個向量。更具體地説，量子位的狀態是二維向量空間中的向量。這個向量空間稱為狀態空間。

經典計算使用二進制的數字電子方式進行運算，而二進制總是處於0或1的確定狀態。於是，量子計算藉助量子力學的疊加特性，能夠實現計算狀態的疊加。即不僅包含0和1，還包含0和1同時存在的疊加態**(superposition)****。**

此外，加上量子糾纏的特性，量子計算相較於當前使用最強算法的經典計算機，理論上將在一些具體問題上有更快的處理速度和更強的處理能力。而利用量子力學的反直覺特性製造出的量子計算機，可以達成任何機器都無法實現的運算壯舉。

 如今，量子計算機開始展示其真正實力，諸如Google和IBM之類的計算巨頭，連同眾多小規模競爭對手，開始了量子硬件的建造與完善。去年，國產九章量子計算機在 200 秒內完成了一項普通超算需要 25 億年才能完成的計算。

**但是，**量子計算的更大挑戰，在於量子比特對於環境干擾相當敏感。就算是極其微小温度變化或波動，都可能對數據有效性造成影響，意味着長距離的量子信息傳輸也相當困難。現在，東芝研究團隊則稱，他們通過光纖開展的量子通信創下了新距離紀錄。

實驗成功的關鍵，在於其開發的所謂“雙波段穩定”新技術。在量子比特的基礎上，它還會發送兩個光參考信號。這些信號被編碼為弱光脈衝的相位延遲，其中第一個參考信號的波長，旨在抵消環境的擾動。而第二個參考信號的工作波長，則與量子比特本身相同，以用於精確控制光的相位。

基於此，東芝團隊得以將量子信號維持在幾十納米以內，反之又讓它們能夠在 600 公里的光纖上傳輸數據——達到了此前紀錄的六倍。儘管這並不是當前已經取得的最遠距離的量子信息傳輸紀錄，因為衞星傳輸依然憑藉 1200 公里（746 英里）的優勢高居榜首，但量子互聯網仍需與衞星 / 光線網絡混合使用。

這一進展或將進一步擴展了量子鏈路的最大跨度，有助於實現跨城市、國家、甚至大陸的傳輸，而無需使用受信任的中間節點。其研究已發表在近日出版的《Nature Photonics》期刊上