https://www.livescience.com/technology/communications/unbreakable-quantum-communication-closer-to-reality-thanks-to-new-exceptionally-bright-photons
发布于2024-09-02T20:00:00
(图片来源：Silver555通过Getty Images)科学家们开发了一种亮度极高的光源，能够产生量子纠缠光子，用于安全、高速的量子通信。通过将光子点发射器与圆形布拉格共振器结合在压电致动器上（circular Bragg resonator），他们创造了一个具有高纠缠保真度和提取效率的光子发射器。这一进步对未来的量子互联网至关重要，但由于安全问题和技术的实验性质，该技术尚不能立即实用。科学家们创造了一种“异常亮”的光源，能够产生量子纠缠光子（光的粒子），这些光子未来可用于在高速量子通信网络中安全传输数据。未来的量子互联网可以使用成对的纠缠光子来传输信息——这意味着这些粒子无论距离多远，都能在时间和空间上共享信息。基于量子力学的奇异规律，编码在这些纠缠光子中的信息可以高速传输，而它们的“量子相干性”——一种粒子纠缠的状态——确保数据不会被截获。但是，构建量子互联网的一个关键挑战是，这些光子的强度可能随着传输距离的增加而减弱；光源的亮度不够。为了建立一个能够在广阔距离上发送数据的成功量子互联网，光子必须足够强大，以防止“退相干”——纠缠丢失，它们所包含的信息消失。在7月24日发表于《eLight》杂志的研究中，来自欧洲、亚洲和南美的科学家们使用现有技术创造了一种新型的量子信号源，实现了极高的亮度。他们通过将光子点发射器（单光子或光的粒子的发生器）与量子共振器（用于增强量子特性的设备）结合，创造了强大的新型量子信号。最近的研究特别有趣的是，这些单独的技术已经在实验室中独立验证，但之前只是分别测试过。这项研究是它们首次被联合使用。研究人员将光子点发射器（photon dot emitter）与圆形布拉格共振器（用于引导电磁波的反射器，circular Bragg resonator）结合在压电致动器（在施加热量或压力时产生电力的设备，piezoelectric actuator）上。它们共同创造了一种增强型的光子发射器，可以通过使用压电致动器来微调发射的光子，以实现最大化的偏振纠缠。该设备产生的光子对有着高纠缠保真度和提取效率——意味着每个光子都足够亮，以至于有用，并且很好地保持了它们的“量子特性”（一种有用的量子属性）。之前很难同时实现有用的亮度水平和高纠缠保真度，因为每个方面都需要不同的技术，而这些技术难以以可扩展的方式结合起来。这是开发实用量子技术向前迈出的重要一步，展示了它们如何可以结合在一起，创造出更强大和可行的光源。不幸的是，我们不应该期待量子互联网会很快到来，因为各种技术仍处于实验和开发阶段。在研究中使用的光子发射器的制造还需要有毒的原材料，包括砷，这需要专业处理。还有关于使用砷化镓（光子点发射器的制造材料）的安全问题。Fisher Scientific，一家为科学研究提供实验室设备和化学品的供应商，将砷化镓列为有害物质，原因包括其致癌特性。与这些材料的使用相关的安全问题可能会限制所概述方法的可扩展性。因此，可能需要确定可行的替代材料，以生成用于未来量子通信网络的亮度高、纠缠的光子。下一个发展阶段将是在压电致动器上集成类似二极管的结构。这将允许在量子点上产生电场，以抵消退相干，从而提高纠缠度。尽管在开发量子互联网方面还有许多进一步的步骤，但科学家们表示，成功结合光子发射器和共振器以实现具有高亮度和纠缠的光子，无疑是向前迈出的重要一步。https://www.space.com/author/peter-ray-allisonPeter是一名拥有学位的工程师，也是一名经验丰富的自由撰稿记者，专注于科学、技术和文化。他为多种出版物撰稿，包括BBC、Computer Weekly、IT Pro、卫报和独立报。他已经作为一名技术记者工作了十多年。Peter拥有谢菲尔德哈勒姆大学的计算机辅助工程学位。他曾在工程和建筑领域的多家公司工作，包括劳斯莱斯和奥雅纳。正是在一支咨询工程师团队工作时，他对新闻业产生了浓厚的兴趣。Peter最初是兼职写作，但很快成为了一名全职自由撰稿记者。在追求写作的过程中，Peter采访过弗里曼·戴森教授，将头伸进了聚变反应堆，并向几个政府部门提出了尴尬的问题。他在国家广播上讨论过他的文章，被电视节目引用，他的文章被翻译成其他语言，并在新西兰的早餐电视节目上露面。
