首次通過互聯網實現量子隱形傳態

光的量子態是已成功傳送在互聯網流量的洪流中穿過 30 多公里（約 18 英里）的光纜 - 這是一項曾經被認為不可能的工程壯舉。

美國研究人員在 2024 年令人印象深刻的演示可能無法幫助您上班以避開早上的交通，或更快地下載您最喜歡的貓視頻。

然而，通過現有基礎設施傳送量子態的能力代表了朝著實現量子連接邁出的里程碑式的一步計算網絡,增強加密或強大的新傳感方法.

“這非常令人興奮，因為沒有人認為這是可能的，”說領導這項研究的西北大學計算機工程師 Prem Kumar。

“我們的工作展示了一條通往共享統一光纖基礎設施的下一代量子和經典網絡的道路。基本上，它為將量子通信推向一個新的水平打開了大門。

傳遞與《星際迷航》運輸系統的相似之處瞬移在眨眼間將乘客穿越時空，它在一個位置獲取了一個物體的量子可能性，并通過小心地摧毀它，將同樣的可能性平衡強加到另一個位置的類似物體上。

盡管測量這兩個物體的行為在同一瞬間決定了它們的命運，但糾纏它們的量子身份的過程仍然需要在太空中的點之間發送單一的信息波。

就像春雨中的仙女棉花一樣，任何物體的量子狀態都是可能性的朦朧污點，有可能在創造后瞬間融入現實。輻射的電磁波和運動粒子的熱碰撞和研磨迅速將量子意義降低到退相干如果它沒有以某種方式受到保護。

屏蔽量子態計算機內部是一回事。通過充斥著銀行交易、貓咪視頻和短信的光纖發送單個光子，同時保護其量子態，這要艱巨得多。你還不如把你的量子仙女牙線扔進密西西比河，希望它最后的味道一樣好。

為了在每秒 400 Gb 的互聯網流量中保持其孤獨光子的寶貴狀態，研究團隊應用了各種技術來限制光子的通道并減少它可能散射并與其他波混合的機會。

“我們仔細研究了光是如何散射的，并將我們的光子放置在散射機制最小化的合法點，”說庫瑪。

“我們發現我們可以執行量子通信，而不會受到同時存在的經典通道的干擾。”

雖然其他研究小組已經在互聯網模擬中成功地將量子信息與經典數據流一起傳輸，但 Kumar 的團隊是第一個將量子態與實際互聯網流一起傳送的團隊。

每個測試都進一步表明量子互聯網是不可避免的，為計算工程師提供了一個全新的工具包，用于以前所未有的方式測量、監控、加密和計算我們的世界，而無需重新發明互聯網來做到這一點。

“量子隱形傳態能夠在地理位置遙遠的節點之間安全地提供量子連接，”說庫瑪。

“但許多人長期以來一直認為，沒有人會建造專門的基礎設施來發送光粒子。如果我們正確選擇波長，我們將不必構建新的基礎設施。經典通信和量子通信可以共存。

這項研究發表在光學.

本文的早期版本發表于 2024 年 12 月。

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