光子瞬間轉移

加拿大和美國一項研究成功將光子「瞬間轉移」六公里的距離,為未來量子網絡邁出第一步,將有助解決網絡竊聽或數據外洩的問題。這項研究由卡爾加里大學(University of Calgary)物理天文系教授沃爾弗岡·泰特爾(Wolfgang Tittel)領導,他最終的目標是創建一個速度極快而且極其安全的量子網絡,而其基本要求之一就是能夠傳送光子。

以光為基礎的通訊已經被光纖技術所實現,但這並非量子科學家所追求的目標;他們正尋求方法直接傳送光子、而不僅僅是傳遞它們。而這便是泰特爾研究的新突破。

光子纏結

對物理和先進傳播系統感興趣的人必定認識愛因斯坦的「鬼魅似的遠距作用」(spooky action at a distance),這與量子力學的纏結屬性相關,用泰特爾的話來說,一對光子纏結,代表它們無論相隔多遠的距離,它們的屬性依然相同。

在實驗中,物理學家將其中一顆光子傳送到市政廳,而另一顆纏結的光子則停留在卡爾加里大學。然後,科學家在第三個地點產生一顆光子,並將其傳輸到市政廳,與跟它纏結的光子相遇。泰特爾解釋,他們成功將光子的量子狀態傳送到六公里之外位於大學的光子。

未來的數據將可直接從一個地點瞬間轉移到另一地點的電腦(圖:JPC)
未來的數據將可直接從一個地點瞬間轉移到另一地點的電腦(圖:JPC)

克服重重困難

研究隊伍必須克服不少挑戰才能達成他們的目標。首先,他們使用的光纖必需不受任何外界裝置或網絡影響,所以大學尋求了當地市政府的協助,使用了城市尚未使用的備用光纖進行實驗。

另外,由於室外氣溫導致光子抵達時間產生變化,令科學家必須想盡辦法才能成功測量兩顆光子。泰特爾說:「挑戰在於如何同步光子的抵達時間,將變化控制於 10 皮秒,即兆分之一秒內。」

為未來網絡安全作準備

除了創下光子瞬間轉移距離的新紀錄,這項研究突破之處在於成功使用普通的光纖傳遞量子狀態,對未來網絡的應用非常廣泛。為研究提供光纖網絡的卡爾加里市政府表示,希望未來可運用實驗中的技術傳遞政府及市民的敏感資訊,保護政府的重要基礎設施。

泰特爾表示:「這樣的網絡將可令溝通變得更保密,無需憂慮網絡竊聽的問題,令身處兩地的量子電腦可隨時連結。」

參考資料:

  1. Raju Valivarthi et al, Quantum teleportation across a metropolitan fibre network, Nature Photonics, 2016
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