全球量子通信 不再是傳說
責編：admin ｜2014-12-15 14:18:11沒有方便和有效地操作量子信息的內存系統，就談不上量子計算機或量子加密技術的普及。但最近華沙大學物理系的研究人員，在普及量子技術的工作方面取得了進展。他們使用極其簡單的結構和杰出的參數，建立起一個原子內存。
發綠光的即為原子內存，能夠用來存儲通信用的量子信息
數年來，主要在實驗里進行的量子技術一直在緩慢的推進，并沒有真正的得到更廣泛的應用。比如量子加密，當前正在被軍隊和金融機構引進。
由于缺乏滿足需要的內存系統，處理量子信息并進行遠距離發送一直都受到極大的限制。現在，華沙大學物理系的研究人員開發出了一個解決方案。他們基于簡單可靠的結構，建立了一個全功能的原子內存，含有大量的潛在應用，包括通信。
“建立量子內存最大的難度在于精確的選擇進行存儲的系統參數，以有效的存儲和讀取量子信息。我們還發現了一個創新的辦法，在檢測時降低噪聲，”研究組的Wojciech Wasilewski博士表示。
傳統的光纖通信使用激光發送信息，隨著距離的增加光信號會逐漸衰減。因此每隔100公里左右，就需要使用激光放大器來增加光子，把只有少量光子的弱信號轉換成包含大量光子的強信號。
然而在量子通信中，重要的是單個光子和它們的量子狀態。在這種情況下，信號放大器不僅要增加光子的數量，更要保留光子原始的量子狀態不受干擾。不幸的是，量 子信息無法在毫不受損的情況下復制，任何對光子的量子狀態的操作都將不可避免的影響它的初始狀態。正是量子克隆的不可能性，成為量子信息的傳輸的重大桎梏。
2001年，一組因斯布魯克大學和哈佛大學的物理學家提出了DLCZ量 子傳輸協議，該協議使長距離發送量子信息成為可能。在此協議下，當量子信息到達每個傳輸通道的中繼點時，會在中繼點存儲一段時間，這段時間足以保證它能夠 成功的傳送到下一個節點。這個保證是通過正常的信號來確認的。因此這個協議的關鍵就是，在足夠的時間內存儲量子信息的量子內存。
“直到現在，量子內存還需要高度精密的實驗室設備和復雜的技術，從而把系統降溫到接近絕對零度。但我們的原子內存設備已經能夠在遠高于絕對零度的環境下工作，這種溫度范圍則要容易維持的多，”研究組人員Radek Chrapkiewicz表示。
量子內存的主要原材料是一個2.5厘米直徑10厘米長度的玻璃管，管壁上涂著銣（一種制造光電管的金屬元素），管中用惰性氣體填充。當給玻璃管溫和的加熱 時，內壁上的銣釋放在管內，管內的惰性氣體就會限制銣原子的運動從而達到降噪的目的。當量子信息存儲在這樣的內存中，激光束的光子就會把量子狀態“打”到 銣原子上。同時，發送另外的光子。檢測到這些光子時，即可確認信息已經被存儲。然后在另一次經特別選擇的激光脈沖發送時，再把存儲在內存中的量子信息取 出。
為了記錄和取出量子信息，研究人員使用了光過濾（專利申請中）的先進方法和一臺他們自行設計的攝像機。這臺攝像機能夠檢測單個光子，具備超低降噪功能和數十倍于現代攝像機的速度。
“存儲在內存中的量子信息能夠穩定在幾毫秒到幾十毫秒之間。你也許會問，如此短的存儲時間能有什么用？但是你要記住，在通信狀態下，毫秒級的時間已經足夠發送幾次的量子信號給下一個中繼點了，”研究人員Michal Dabrowski表示。
華沙大學的研究人員通過熟練地控制量子光學現象，卓有成效的降低了量子信號中的噪音。而單個原子的量子內存單元又能夠以不同的空間模式進行存儲，也就意味著更高的存儲空間。在實際量子通信應用中，一個這樣的內存單元能夠同時充當數條光纖電纜的緩沖存儲。