月,一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的組在量子通訊研究中通過創下了量子通訊通信距離達裏的最遠紀錄。而要達到更遠的距離很難,因為大氣容易幹擾光子脆弱的量子狀態。而巴伯利組想出了解決辦法,通過人造衛星來發送光子。由於大氣隨高度的增加而rì趨稀薄,在衛星上旅行數千公裏隻相當於在地麵上旅行8公裏。
為證實地麵能觀測到從軌道衛星上發送回來的光子,此研究組從意大利馬泰拉激光測距文台的望遠鏡向阿吉沙人造衛星發一束普通的激光。阿吉沙人造衛星由鏡片組成的鏡片上反彈回來的單批光子成功地回到了此文台。
參與此項研究的奧地利維也納的量子光學和量子信息研究所著名量子物理學家安頓·宰林格認為太空至地球的量子通信是一項可行技術。宰林格正在打造一個人造衛星,用於產生糾纏光子,接收信息並對信息編碼,之後再將編碼的信息反來,以建立全球量子通訊網絡。
量子通訊是利用了光子等粒子的量子糾纏原理。量子通訊學告訴人們,在微觀世界裏,不論兩個粒子間距離多遠,一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現象叫量子糾纏,這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動學家認為,這是一種“神奇的力量”,可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密係統的基礎。
量子通訊是經典信息論和量子力學相結合的一門新興交叉學科,與目前成熟的通信技術相比,量子通訊具有巨大的優越有保密大容量、遠距離傳輸等特點。量子通訊不僅在軍事、國防等領域具有重要的作用,而且會極大地促進國民經濟的發展美國研究人員提出量子通信理論以來,美國國家科學基金會、國防高級研究計劃局都對此項目進行了深入的研究,歐盟在集中國際力量致力於量子通訊的研究,研究項目多達1郵政省把量子通訊作為1世紀的戰略項目。
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中國研究
中國科技大學合肥微尺度物質科學國家實驗室的潘建偉教授及其同事,利用冷原子量子存儲技術在國際上首次實現了具有存儲和讀出功能的糾纏交換,建立了由光纖連接的兩個冷原子係綜之間的量子糾纏。這種冷原子係綜之間的量子糾纏可以被讀出並轉化為光子糾纏以進行進一步的傳輸和量子該實驗成果完美地實現了長程量子通信中亟需的“量子中繼器”,向未來廣域量子通信網絡的最終實現邁出了堅實的一步。
類比於傳統的電子通訊中為了補償通訊號衰減而進行整形和放大的電子中繼器,量子通訊奧地利科學家在理論上提出,可以通過量子存儲技術和量子糾纏交換和純化技術的結合來實現量子中繼器,從而最終實現大規模的長程量子通訊。量子存儲的實驗實現卻一直存在著很大的困難。為了解決量子存儲問題,國際上人們做了大量的研究工作。比如段路明及其奧地利、美國的合作者就曾於提出了基於原子係綜的另一類量子中繼器方案。由於這一方案具有易於實驗實現的優點,受到了學術界的廣泛重視。然而,隨後的研究表明,由於這一類量子中繼器方案存在著諸如糾纏態對信道長度抖動過於敏感、誤碼率隨信道長度增長過快等嚴重問題,無法被用於實際的長程量子通訊中。
為了解決上述困難,潘建偉、陳增兵和趙博等在理論上提出了具有存儲功能、並且對信道長度抖動不敏感、誤碼率低的高效率量子中繼器方案。同時,潘建偉研究組與德國、奧地利的科學家經過多年的合作研究,在逐步實現了光子—原子糾纏、光子比特到原子比特的量子隱形傳態等重要階段果的基礎上,最終實驗實現了完整的量子中繼器基本單元。由於量子中繼器實驗實現在量子信息研究中的重要意義。
作為新一代通信技術,量子通信基於量子信息傳輸的高效和絕對安全為近年來國際科研競爭中的焦點領域之一。合肥城域量子通信試驗示範網於月啟動建設,投入經費萬元。經過中國科學技術大學和安徽量子通信技術有限公司科研人員曆時1年多的努力,項目建成後試運行,各項功能、指標均達到設計要求。該項目月過安徽省科技廳組織的專家組驗收式投入使用。
具有46個節點的量子通信網覆蓋合肥市主城區,使用光纖約裏,通過6個接入交換和集控站,連接4子電話”用戶和1子視頻”用戶。目前主要用戶為對信息安全要求較高的關、金融機構、醫療機構、軍工企業及科研院所,如合肥市公安局、合肥市應急指揮中心、中國科技大學、合肥第三人民醫院及部分銀行網點等。
合肥量子通信網的建成使用,標誌著我國繼量子信息基礎研究躋身全球一流水平後,在量子信息先期產業化競爭中也邁出了重要一步。目前,我國南、烏魯木齊等城市的城域量子通信網也在建設之中,未來這些城市將通過量子衛星等方式聯接,形成我國的廣域量子通信體係。