量子隱形傳態通過普通光纜成功傳輸

科技日報北京12月25日電 （記者張佳欣）一項實驗表明，量子隱形傳態與經典通信信號可在同一根光纜中共存。美國西北大學研究人員通過普通光纜，成功將量子態隱形傳輸了30公里。這為量子通信與現有互聯網光纜相結合帶來了新的可能，大大簡化了分佈式量子傳感或計算應用所需的基礎設施。相關論文發表於最新一期《光學》雜誌。

量子隱形傳態僅受光速限制，能讓通信實現幾乎瞬時傳輸。該過程利用量子糾纏技術，即兩個粒子無論相隔多遠，無需物理傳輸即可交換信息。

在光通信中，所有信號都被轉換為光。經典通信的傳統信號通常由數百萬個光粒子組成，量子信息則使用單個光子。

傳統觀念認為，單個光子會“淹沒”在攜帶經典通信的數百萬個光粒子的光纜中。這就像是一輛單薄的自行車，在滿是疾馳的重型卡車的狹窄隧道中艱難穿行一樣。

然而，研究人員找到了一種方法，能幫助脆弱的光子避開繁忙的“交通”。在深入研究光如何在光纜中散射後，研究人員發現了一個不太擁擠的光波長來放置光子。然後，他們添加了特殊濾波器，以減少來自常規互聯網流量的噪聲。

為了測試這種新方法，研究人員設置了一條30公里長的光纜，兩端各有一個光子。然後，他們同時通過這條光纜發送量子信息和常規互聯網流量。最後，他們在執行隱形傳態協議時，測量了接收端量子信息的質量。結果顯示，即使在互聯網流量繁忙時，量子信息也能成功傳輸。

研究表明，量子隱形傳態能夠在地理上相距遙遠的節點之間提供安全的量子連接，下一代量子網絡和傳統網絡可以共享同一根光纖。

接下來，研究人員打算擴展實驗距離，並計劃使用兩對糾纏光子來演示糾纏交換，這是實現分佈式量子應用的一個重要里程碑。

【總編輯圈點】

量子隱形傳態傳輸的是量子態而非粒子本身。在量子糾纏的神奇性質幫助下，量子態可以實現所謂的超時空傳輸。但要實現這一過程，在量子比特的分發環節需要特別小心，它們容易受到外界干擾而降低保真度。因此，通常情況下都要為量子隱形傳態建設專用通道。此次，科研人員在研究光的散射規律後，找到了在普通光纜中開闢量子隱形傳態通道的方法。利用已有的通信設施就能實現量子態分發，將大大提升這一領域的研究和應用效率。