该实验室陆军研究办公室项目经理

日期:2020-06-30 19:31:50 来源:互联网 编辑:小狐 阅读人数:972

据防务宇航网站2020年6月24日报道美国陆军的两个研究项目推进了量子网络的发展,这可能在未来作战中发挥关键作用。

量子网络将可能多种传统网络无法实现的新型能力,其中之一就是安全的量子通信。在量子通信协议中,信息通常是通过纠缠的光子粒子发送的。因此,窃听量子通信几乎是不可能的,而那些试图窃听量子通信的会留下通信被篡改的痕迹。但是,利用光子在传统信道(如光纤线路)发送量子信息是很困难的—携带信息的光子经常被或丢失,使得信号变得微弱或不连贯。

该实验室陆军研究办公室项目经理、分布式量子信息中心的联合者Sara

Gamble博士说:“这一结果特别令人振奋,不仅因为该团队实现了高传输效率,还因为他们的将使人们能够在可变信号损耗的情况下进一步探索量子协议。克服损耗是实现鲁棒量子通信和量子网络的一个关键技术。”

该研究发表在《物理评论快报》Physical Review Letters期刊上,该研究了一种,这种利用微波光子与手机中使用的光子相同通过微波电缆纠缠两个通信节点。在该实验中,他们使用了一条长约一米的微波电缆。通过以可控的方式打开和关闭,他们能够将两个节点进行量子纠缠,并在它们之间发送信息,而无需通过电缆发送光子。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院John

A. MacLean高级教授、阿贡国家实验室高级科学家Andrew

Cleland博士说:“我们在一米长的电缆上传输信息,而不需要发送任何光子,这是一个非常不寻常的成就。从原理上,这种也能在更远的距离上起作用。与通过光纤通道发送光子的相比,这种更快、更高效。”

尽管该具有局限性—它必须处于非常寒冷的环境(温度仅高于绝对零度几度)但研究人员表示,它也有可能在室温下用原子代替光子工作。

该团队现在正在进行实验,将多个光子以更复杂的状态纠缠在一起,最终可以实现增强的量子通信协议和能力。

然而,纠缠粒子并不仅仅限于光子或原子。在2020年6月12日发表在行业评审期刊《物理评论X》Physical Review X上的第二篇论文中,同一个芝加哥团队首次将两个声子声音的量子粒子纠缠在一起。

该团队为与声子通信建立了一个,该类似于光子量子通信,它能将两个微波声子纠缠在一起,这些声子的音调大约比人耳能听到的音调高100万倍。

一旦这些声子被纠缠在一起,该团队就将其中一个声子作为“先驱”从而影响他们的量子使用另一个声子的方式。这种方法使得该团队能够进行所谓的“量子橡皮擦”实验,在该实验中,即使在测量完成后,信息也会从测量中删除。

Cleland说:“声子给了更大的时间窗口,从而减少了做量子橡皮擦实验的一些。”

尽管与光子相比,声子有很多缺点(例如,它们的寿命较短)但它们与一些固态量子有强烈的相互作用,这种特点是光子没有的。因此,声子可以一种与这些进行耦合的更好的方式。

这种耦合是许多量子网络应用的关键能力,也可能有利于其他量子信息科学应用,如量子计算。此外,在相同的频率下,声子的波长比光子的波长短,有可能实现更小的量子电路。

该实验室研究员、分布式量子信息中心联合者Fredrik

Fatemi博士说:“这些实验共同为我们未来研究如何构建在非理想环境中发挥作用的量子网络,并在之间可靠地传输量子信息了多种途径。”国家工业信息安全

本文相关词条概念解析:

量子

量子(quantum)是现代物理的重要概念。最早是M普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明,不但能量表现出这种不连续的分离化性质,其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”是光的单位。而延伸出的量子力学、量子光学等更成为不同的专业研究领域。其基本概念为所有的有形物质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息状态的)原子中,电子的能量是可量子化的。这决定原子的稳定和一般问题。在20世纪的前半期,出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。在量子出现在世界上100多年间,经过普朗克,爱因斯坦,斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力,已初步建立量子力学理论。

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