適合量子計算時代的光纖

英國巴斯大學(xué)的物理學(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預(yù)計出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸挑戰(zhàn)。

量子技術(shù)有望提供無與倫比的計算能力，使我們能夠解決復(fù)雜的邏輯問題，開發(fā)新的藥物，并為安全通信提供牢不可破的加密技術(shù)。然而，目前用于在全球范圍內(nèi)傳輸信息的電纜網(wǎng)絡(luò)很可能不是量子通信的最佳選擇，這是因為它們的光纖是實心的。

與普通光纖不同，巴斯公司制造的特種光纖具有微結(jié)構(gòu)纖芯，由貫穿光纖全長的復(fù)雜氣孔圖案組成。

“傳統(tǒng)光纖是當(dāng)今電信網(wǎng)絡(luò)的主力，其傳輸光的波長完全受硅玻璃損耗的影響。然而，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，"巴斯大學(xué)物理系的克里斯蒂娜-魯西莫娃博士說。

Rusimova 博士和她的同事們在發(fā)表于《應(yīng)用物理通訊量子版》（Applied Physics Letters Quantum）的一篇學(xué)術(shù)論文中介紹了巴斯制造的最先進(jìn)光纖，以及新興量子計算領(lǐng)域的其他最新和未來發(fā)展。

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論文的主要資深作者 Rusimova 博士補(bǔ)充說：“光纖設(shè)計和制造是巴斯大學(xué)物理系研究的最前沿，我們以量子計算機(jī)為中心開發(fā)的光纖為未來的數(shù)據(jù)傳輸需求奠定了基礎(chǔ)�！�

量子糾纏

光是一種很有前途的量子計算介質(zhì)。被稱為光子的單個光粒子具有一些獨(dú)特的量子特性，可以被量子技術(shù)所利用。

其中一個例子就是量子糾纏，在量子糾纏中，相隔很遠(yuǎn)的兩個光子不僅掌握著彼此的信息，還能瞬間影響對方的屬性。與經(jīng)典計算機(jī)的二進(jìn)制位（要么是 1，要么是 0）不同，糾纏光子對實際上可以同時作為 1 和 0 存在，從而釋放出巨大的計算能力。

Cameron McGarry博士是巴斯大學(xué)的物理學(xué)家，也是這篇論文的第一作者，他說：“量子互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)這種新興量子技術(shù)巨大前景的一個基本要素。與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)一樣，量子互聯(lián)網(wǎng)將依靠光纖在節(jié)點與節(jié)點之間傳遞信息。這些光纖很可能與目前使用的光纖截然不同，需要不同的支持技術(shù)才能發(fā)揮作用�！�

在他們的觀點中，研究人員從光纖技術(shù)的角度討論了量子互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)挑戰(zhàn)，并提出了一系列潛在的解決方案，以實現(xiàn)一個強(qiáng)大的、大范圍的量子網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

這既包括用于遠(yuǎn)距離通信的光纖，也包括可直接集成到網(wǎng)絡(luò)中的量子中繼器的特種光纖，以便延長這項技術(shù)的運(yùn)行距離。

超越連接節(jié)點

他們還介紹了特種光纖如何通過充當(dāng)糾纏單光子源、量子波長轉(zhuǎn)換器、低損耗開關(guān)或量子存儲器的容器，超越連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的范圍，在節(jié)點本身實現(xiàn)量子計算。

麥加里博士說：“與標(biāo)準(zhǔn)的電信光纖不同，巴斯公司常規(guī)制造的特種光纖具有微結(jié)構(gòu)纖芯，由沿光纖全長分布的復(fù)雜氣穴圖案組成。這些氣孔的圖案使研究人員能夠操縱光纖內(nèi)光的特性，并產(chǎn)生糾纏的光子對，改變光子的顏色，甚至在光纖內(nèi)捕獲單個原子�！�

物理系博士后研究員 Kerrianne Harrington 博士說："世界各地的研究人員正在以工業(yè)界感興趣的方式，在微結(jié)構(gòu)光纖的功能方面取得快速而令人興奮的進(jìn)步。我們的觀點描述了這些新型光纖令人興奮的進(jìn)步，以及它們?nèi)绾斡欣�于未來的量子技術(shù)。”

巴斯的EPSRC量子職業(yè)加速研究員亞歷克斯-戴維斯博士補(bǔ)充說：“正是由于光纖能夠緊密束縛光線并將其長距離傳輸，才使得它們大有用武之地。除了產(chǎn)生糾纏光子，這還能讓我們產(chǎn)生更奇特的光量子態(tài)，應(yīng)用于量子計算、精密傳感和堅不可摧的信息加密。”

量子優(yōu)勢--量子設(shè)備比傳統(tǒng)計算機(jī)更高效地執(zhí)行任務(wù)的能力--尚未得到最終證實。視角中確定的技術(shù)挑戰(zhàn)有可能為量子研究開辟新的途徑，使我們更接近實現(xiàn)這一重要的里程碑。巴斯制造的光纖有望為未來的量子計算機(jī)奠定基礎(chǔ)。

巴斯的研究團(tuán)隊還包括高級講師彼得-莫斯利博士。

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