迈向全球量子互联网的重要一步

在研究者多伦多大学和日本电报电话公司公司(NTT)的日本已建议用于延长在其当前和未来的量子网络可以发送与加密密钥编码的光子的距离的新方法。他们在4月15日出版的NatureCommunications上发表了他们的研究成果。该提案也是同一天NTT发布的延长公报的主题。

迄今为止设计的最安全的加密类型是QuantumKeyDistribution。它通过量子网络向接收器发送一系列纠缠光子来保证数据的安全，通过检测这些光子的极化，可以创建用于解密通过传统数据链路发送的消息的密钥。安全性基于一个基本的量子力学特性：当光子进入接收器时，为检测光子的量子态而采取的任何动作都将改变它们的量子态，这将被用户注意到。

该方法的主要缺点是，如果接收器位于距离纠缠光子起源50多公里的位置，则接收器不能检测到超过90%的光子穿过光纤。与通过光纤传输的数字信号不同，携带量子信息的光子流不能被放大;具有量子态的每个光子必须通过量子中继器重建。

到目前为止设想的量子中继器将包含由量子比特组成的物质量子存储器，这些量子比特是原子，原子集合或量子点，它们将存储入射光子的量子态并再次重发它们。但它们存在一些问题。这些中继器实际上是量子计算机，需要冷却。此外，处理光子的行为会减慢通信流量，这无疑是未来量子互联网的障碍。最重要的是，研究人员预计量子计算机将比更复杂的物质量子中继器更快地可用。

但现在NTT-多伦多的研究人员已经证明，量子态信息的长距离传输根本不需要物质量子中继器。他们发现了另一种选择：光学量子中继器，它使它们能够证明光子根本不必与量子物质存储器相互作用。光学转发器还有助于改变与量子数据传输相关的其他长期教条。例如，光学量子中继器的光子器件，例如线性光学元件(如光束分离器)和光子探测器，不像其对应物那样需要低温。研究人员指出，更好的是，这些组件已经过测试，已经商业化。

由于实际的中继器不会成为持载者，因此工程师希望能够更快地远距离扩展量子网络。“围绕设计量子互联网，社区有很多兴趣，这将更加丰富信息，功能更强大。我们的动机是设计一种长距离安全可靠通信的方式，“多伦多大学的Hoi-KwongLo在一份新闻稿中说。

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