多倫多大學(xué)和日本電信電話公司（NTT）的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠延伸現(xiàn)在和未來的量子網(wǎng)絡(luò)傳輸距離的方法，該方法可以傳送帶有加密密鑰的光子編碼。他們的研究結(jié)果發(fā)表在4月15日的《NatureCommunications》雜志期刊上。另外，NTT還就這一主題在同一天發(fā)表了一份公告。

目前認(rèn)為基于時(shí)間的最安全的加密類型是量子密鑰分配（QuantumKeyDistribution）。其加密手段是通過量子網(wǎng)絡(luò)向接收者發(fā)送一系列糾纏態(tài)的光子，通過探測這些光子的極化，用于解密信息的密鑰則已經(jīng)通過常規(guī)的數(shù)據(jù)連接發(fā)送了出去。這一安全機(jī)制建立在常規(guī)的量子力學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上：任何用于探測光子的量子態(tài)的行為都會(huì)對(duì)量子態(tài)本身產(chǎn)生影響，而這種影響也會(huì)被用戶探知。

這種方法的主要缺點(diǎn)是如果糾纏態(tài)的光子來源于50公里之外的地方，那么通過光纖傳送給接收者的超過90%的光子都無法被接收者探測到。和通過光纖傳送的數(shù)字信號(hào)不同，不能對(duì)攜帶量子信息的光子流進(jìn)行放大；每一個(gè)攜帶量子態(tài)的光子都需要通過量子中繼器進(jìn)行重建。

現(xiàn)在設(shè)想的量子中繼器將會(huì)包含由量子位組成的物質(zhì)量子記憶，這些量子位包括原子、原子集合、量子點(diǎn)，它們能夠存儲(chǔ)接收到的光子的量子狀態(tài)并將這些狀態(tài)重新發(fā)送出來。但仍然還存在一些問題。這些中繼器事實(shí)上是量子計(jì)算機(jī)，需要冷卻。另外，對(duì)光子的處理過程也會(huì)減慢通信時(shí)間，這是未來量子網(wǎng)絡(luò)的絕對(duì)阻礙。所以重要的是，研究人員還需要在制造更復(fù)雜的物質(zhì)量子中繼器之前，還需要先制造出量子計(jì)算機(jī)。

但現(xiàn)在NTT和多倫多大學(xué)的研究者展示出了一種不需要物質(zhì)量子中繼器的長距離量子狀態(tài)傳輸方式。他們發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)選擇：光學(xué)量子中繼器，這使得他們證明光子根本不需要和量子物質(zhì)內(nèi)存發(fā)生交互。這種光學(xué)中繼器還有助于改變?cè)诹孔有畔㈤L距離傳輸中的其它教條式的看法。比如說，光學(xué)量子中繼器的光學(xué)組件（如線性光學(xué)元件（束分離器））和光子探測器并不要求低溫的工作壞境。另外研究人員還指出，更好的是這些組件已經(jīng)經(jīng)過了測試，而且有的已經(jīng)商用了。

因?yàn)閷?shí)際的中繼器不會(huì)有停頓，工程師希望不久之后就能夠?qū)⒘孔泳W(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張到更長的距離上。多倫多大學(xué)的Hoi-KwongLo說：“在量子網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，相關(guān)人士都有很大的興趣。量子網(wǎng)絡(luò)將帶來更加強(qiáng)大的功能和更為豐富的信息。我們的目的是設(shè)計(jì)出一種在長距離上安全可靠的通信方式。”

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