北京
每秒36太比特的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)在光纖里狂奔，相當(dāng)于2000萬(wàn)個(gè)YouTube視頻同時(shí)流過(guò)同一根玻璃絲。就是在這樣一條“交通繁忙”的24.4公里商用光纖中，美國(guó)西北大學(xué)的科學(xué)家成功傳送了糾纏光子對(duì)，并且讓量子信號(hào)的保真度保持在94%以上。相關(guān)論文7月20日發(fā)表在《Optica Quantum》期刊上。
“量子信號(hào)非常非常微弱。你可以想象成一只螞蟻穿過(guò)一條滿是大象的道路。”研究負(fù)責(zé)人普雷姆·庫(kù)馬爾這樣形容實(shí)驗(yàn)的難度。傳統(tǒng)光通信的激光功率動(dòng)輒毫瓦級(jí)，而量子信號(hào)往往只有單光子級(jí)別，極易淹沒(méi)在經(jīng)典數(shù)據(jù)的強(qiáng)光中。但這次實(shí)驗(yàn)證明，糾纏光子完全可以跟高速經(jīng)典通信在同一根光纖里和平共處。
為了讓兩端的節(jié)點(diǎn)精確地“認(rèn)出”彼此糾纏的光子，團(tuán)隊(duì)部署了一套名為White Rabbit的光學(xué)定時(shí)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)把網(wǎng)絡(luò)兩端的時(shí)間同步到萬(wàn)億分之一秒，實(shí)現(xiàn)了皮秒級(jí)對(duì)準(zhǔn)，從而在嘈雜的背景流量中實(shí)時(shí)匹配糾纏光子對(duì)。最終測(cè)量顯示，糾纏保真度超過(guò)94%。這意味著量子態(tài)在穿越繁忙光纖后依然保持了高度的完整性。
這并非該團(tuán)隊(duì)第一次嘗試。2024年，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室可控環(huán)境中用30公里光纖完成了量子隱形傳態(tài)的演示。而這一次直接在承載真實(shí)商業(yè)流量的現(xiàn)網(wǎng)光纖上完成糾纏分發(fā)，把量子互聯(lián)網(wǎng)從實(shí)驗(yàn)環(huán)境推向了現(xiàn)實(shí)世界。庫(kù)馬爾說(shuō)：“我們?cè)诩m纏分發(fā)這一環(huán)節(jié)跨越了一座主要橋梁。隱形傳態(tài)需要兩步：先分發(fā)糾纏，再傳遞信息。每一步都更加復(fù)雜和困難，但我們正在證明其可行性。”
量子糾纏分發(fā)是構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。只有把糾纏光子可靠地分發(fā)到異地節(jié)點(diǎn)，后續(xù)的量子密鑰分發(fā)、分布式量子計(jì)算和量子隱形傳態(tài)等應(yīng)用才有可能落地。過(guò)去業(yè)界普遍認(rèn)為，量子信號(hào)無(wú)法跟傳統(tǒng)光通信共享同一根光纖，需要專(zhuān)門(mén)的暗光纖。而這項(xiàng)研究用實(shí)際數(shù)據(jù)打破了這一認(rèn)知瓶頸。
從30公里實(shí)驗(yàn)室演示，到24.4公里現(xiàn)網(wǎng)光纖上實(shí)現(xiàn)超過(guò)94%保真度的糾纏分發(fā)，再到下一步的計(jì)劃——在城域光纖上完成遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)間的完整量子隱形傳態(tài)，這條技術(shù)路線圖正在一步步清晰起來(lái)。當(dāng)糾纏光子真的能在擁擠的城市光纜中自由穿行，實(shí)用化的量子互聯(lián)網(wǎng)就離我們不遠(yuǎn)了。
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