新一代特種光纖適合量子技術(shù)的應(yīng)用

近日，來自英國巴斯大學(xué)物理學(xué)家開發(fā)出新一代特種光纖，以應(yīng)對未來量子計算時代出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸挑戰(zhàn)。該成果有望推動大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的擴展。研究成果發(fā)表在新一期《應(yīng)用物理快報·量子》上。

量子技術(shù)備受期待之處，在于它能以前所未有的計算能力使人們解決復(fù)雜的邏輯問題、開發(fā)新藥，同時，量子技術(shù)還能通過提供牢不可破的加密技術(shù)，為人們帶來更安全的通信。然而，由于光纖的實心芯，當(dāng)今在全球范圍內(nèi)傳輸信息的有線網(wǎng)絡(luò)，并不適合未來的量子通信。

明亮的光線通過新設(shè)計的光纖傳導(dǎo)

傳統(tǒng)光纖傳輸?shù)墓獾牟ㄩL，由石英玻璃的損耗決定。這些波長與光量子技術(shù)所需的單光子源、量子比特和有源光學(xué)元件的工作波長不兼容。因此，研究人員必須開發(fā)出與現(xiàn)在不同的支持設(shè)備，才能保證其在未來量子網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用。

此次，巴斯大學(xué)研究人員從光纖技術(shù)的角度分析了量子互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)挑戰(zhàn)，提出了一系列實現(xiàn)穩(wěn)健、大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)可擴展性的解決方案，包括用于長距離通信的光纖和允許量子中繼器的特種光纖。新制造的特種光纖與標(biāo)準(zhǔn)電信光纖不同，其具有微結(jié)構(gòu)芯，由沿光纖整個長度分布的復(fù)雜氣穴圖案組成。這些圖案使人們可操縱光纖內(nèi)部光的特性，創(chuàng)建糾纏光子對，改變光子的顏色，甚至捕獲光纖內(nèi)部的單個原子。

研究團隊介紹說，特種光纖通過充當(dāng)糾纏單光子源、量子波長轉(zhuǎn)換器、低損耗開關(guān)或量子存儲器容器，能在節(jié)點本身實現(xiàn)量子計算。同時，特種光纖可直接集成到網(wǎng)絡(luò)中，極大延長了可運行距離。

新型光纖還能生成更多奇特的光量子態(tài)，應(yīng)用于量子計算、精密傳感和信息加密，這也為未來的量子計算機大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1063/5.0211055