新型量子存儲器材料：量子互聯網研究取得重大突破！

導讀

最近，澳大利亞國立大學（ANU）的科研人員在全球量子互聯網的構建模塊研究方面取得了重大的突破，他們發現一種摻雜鉺的晶體特別適合作為量子網路的構建模塊，它與現有的光纖電纜兼容，能顯著改善存儲器的存儲時間。

關鍵字

量子、存儲、光學

背景

量子互聯網是當前科技界炙手可熱的前沿課題之一。它是一種非常安全的，甚至可以說是牢不可破的通信網路。傳統的光纖網路是通過光束實現信息傳輸的，而光束攜帶的信息經常可以被攔截和竊聽。

然而，採用量子通信的量子互聯網的信息載體是單個光子，光子在不被破壞的情況下，其攜帶的信息是無法被獲取的，也就是說，傳統的駭客攻擊對於量子互聯網來說是不起作用的。另外，依據量子力學原理，對量子的任何測量行為都是對量子體的一次修改，因此任何窺探量子信息的行為都會留下痕迹，量子信息的接收者都會察覺到。總的來說，量子通信是一種無條件的安全通信方式。

然而，構建量子互聯網並不是一件容易的事。昨天，筆者在《存儲單光子的新型量子存儲器：簡單快速！》一文中就介紹過，存儲單光子的量子存儲器對於構建量子互聯網的重要意義。簡單化、高帶寬、低噪音、與量子通信兼容的存儲設備，非常有利於量子互聯網的構建。

創新

最近，澳大利亞國立大學（ANU）的科研人員在為全球量子網路提供實用性的構建模塊方面，取得了重大的突破。由副教授 Matthew Sellars 領導的科研團隊展示了一種摻雜鉺的晶體，特別適用於開啟利用量子力學特性的全球通信網路。

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

ANU 量子計算和通信技術中心（CQC2T）的項目經理 Sellars 表示：

「構建量子計算機通常被說成是『21世紀的太空競賽』，但是如今的計算機直到有了互聯網，才釋放出其全部潛力。」

「我們展示了一種摻雜鉺的晶體，它是一種完美的材料，特別適合作為量子網路的構建模塊。這種量子網路未來將釋放量子計算機的全部潛力。」

「我們10年之前就有了這樣的想法，但是許多同事告訴我們，這個簡單的想法並不可行。然而這個結果證明了我們的方案是正確的。」

這項研究發表於《自然物理學》雜誌。它演示了如何顯著改進通信兼容的量子存儲器的存儲時間，一直是一個困擾全球研究人員的重大挑戰。

技術

對於今天的這項研究，我們先來聽聽ANU 的 Rose Ahlefeldt 博士，她說：

「這種通信兼容的量子存儲器是實用的量子互聯網的重要組件。」

「存儲器讓我們可以緩衝和同步量子信息，為遠程量子通信提供必要的操作。」

「當時，研究人員使用的存儲器無法在正確的波長工作，必須通過一個複雜的轉換過程形成通信波長。這是效率低下的，意味著他們必須做三件很難的事情，而不是一件。」

鉺，一種稀土離子，具有獨特的量子特性，與現有的光纖網路運行在同一個波段，所以無需轉換過程。

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

論文的第一作者、博士研究生 Milos? Ranc?ic? 表示：

「我們的技術的獨特優勢在於，它和如今的電信基礎設施一樣，工作在1550納米的波段，與現有網路中的光纖電纜兼容。」

「我們已經展示了，晶體中的鉺離子能夠存儲量子信息超過一秒，這個時間比其他方案長1萬倍，未來足以用於通過全球網路發送量子信息。」

（圖片來源： Stuart Hay, ANU）

價值

Sellars 稱，新技術也可以作為量子光源使用，或者作為光鏈路用於固態量子計算設備，將它們連接成量子互聯網。他說：

「我們的材料不僅與現有的光纖兼容，而且它具有多功能性，能夠連接許多種量子計算機，包括CQC2T的硅量子比特，和例如谷歌和IBM開發的超導量子比特。」

「這個研究成果非常激動人心，因為它讓我們能夠開展許多與原理相關的工作，讓它變為實際的設備，用於全面的量子互聯網。」

參考資料

【1】http://www.anu.edu.au/news/all-news/quantum-internet-a-step-closer-with-data-storage-breakthrough

【2】http://dx.doi.org/10.1038/NPHYS4254

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