全光子量子中繼器：邁向全球量子網(wǎng)絡

　　多倫多大學和日本電信電話公司(NTT)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種能夠延伸現(xiàn)在和未來的量子網(wǎng)絡傳輸距離的方法，該方法可以傳送帶有加密密鑰的光子編碼。他們的研究結(jié)果發(fā)表在4月15日的《NatureCommunications》雜志期刊上。另外，NTT還就這一主題在同一天發(fā)表了一份公告。

　　目前認為基于時間的最安全的加密類型是量子密鑰分配(QuantumKeyDistribution)。其加密手段是通過量子網(wǎng)絡向接收者發(fā)送一系列糾纏態(tài)的光子，通過探測這些光子的極化，用于解密信息的密鑰則已經(jīng)通過常規(guī)的數(shù)據(jù)連接發(fā)送了出去。這一安全機制建立在常規(guī)的量子力學性質(zhì)的基礎上：任何用于探測光子的量子態(tài)的行為都會對量子態(tài)本身產(chǎn)生影響，而這種影響也會被用戶探知。

　　這種方法的主要缺點是如果糾纏態(tài)的光子來源于50公里之外的地方，那么通過光纖傳送給接收者的超過90%的光子都無法被接收者探測到。和通過光纖傳送的數(shù)字信號不同，不能對攜帶量子信息的光子流進行放大;每一個攜帶量子態(tài)的光子都需要通過量子中繼器進行重建。

　　現(xiàn)在設想的量子中繼器將會包含由量子位組成的物質(zhì)量子記憶，這些量子位包括原子、原子集合、量子點，它們能夠存儲接收到的光子的量子狀態(tài)并將這些狀態(tài)重新發(fā)送出來。但仍然還存在一些問題。這些中繼器事實上是量子計算機，需要冷卻。另外，對光子的處理過程也會減慢通信時間，這是未來量子網(wǎng)絡的絕對阻礙。所以重要的是，研究人員還需要在制造更復雜的物質(zhì)量子中繼器之前，還需要先制造出量子計算機。

　　但現(xiàn)在NTT和多倫多大學的研究者展示出了一種不需要物質(zhì)量子中繼器的長距離量子狀態(tài)傳輸方式。他們發(fā)現(xiàn)了另一個選擇：光學量子中繼器，這使得他們證明光子根本不需要和量子物質(zhì)內(nèi)存發(fā)生交互。這種光學中繼器還有助于改變在量子信息長距離傳輸中的其它教條式的看法。比如說，光學量子中繼器的光學組件(如線性光學元件(束分離器))和光子探測器并不要求低溫的工作壞境。另外研究人員還指出，更好的是這些組件已經(jīng)經(jīng)過了測試，而且有的已經(jīng)商用了。

　　因為實際的中繼器不會有停頓，工程師希望不久之后就能夠?qū)⒘孔泳W(wǎng)絡擴張到更長的距離上。多倫多大學的Hoi-KwongLo說：“在量子網(wǎng)絡的設計中，相關人士都有很大的興趣。量子網(wǎng)絡將帶來更加強大的功能和更為豐富的信息。我們的目的是設計出一種在長距離上安全可靠的通信方式。”