ICC訊 據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道,美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)明了一種芯片,其安全性和穩(wěn)健性超過了現(xiàn)有的量子通信硬件。他們的技術(shù)通過“量子電碼”進(jìn)行通信,使任何一種以前的芯片上激光器的量子信息空間翻了一番。
非量子芯片使用比特存儲(chǔ)、傳輸和計(jì)算數(shù)據(jù),而最先進(jìn)的量子設(shè)備使用量子比特。比特可以是1或0,而量子比特是能夠同時(shí)為1和0的數(shù)字信息單位。在量子力學(xué)中,這種同時(shí)狀態(tài)被稱為“疊加”。疊加狀態(tài)大于兩個(gè)能級(jí)的量子比特被稱為量子電碼,它可存在于0、1和2等多個(gè)態(tài)中。
由于只有兩個(gè)能級(jí)的疊加,量子比特的存儲(chǔ)空間有限,對(duì)干擾的容忍度很低。
此次,新實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的四能級(jí)量子密鑰使量子密碼學(xué)取得了重大進(jìn)展,將信息交換的最大密鑰速率從每脈沖1比特提高到每脈沖2比特。該設(shè)備提供了四個(gè)層次的疊加,并為進(jìn)一步增加尺寸打開了大門。
研究人員表示,最大的挑戰(zhàn)是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的復(fù)雜性和不可擴(kuò)展性。雖然知道如何生成這些四能級(jí)系統(tǒng),但它需要一個(gè)實(shí)驗(yàn)室和許多不同的光學(xué)工具來控制與維度增加相關(guān)的所有參數(shù)?,F(xiàn)在,他們?cè)趩我?A href="http://huaquanjd.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e8%8a%af%e7%89%87&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">芯片上實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。
量子通信使用處于嚴(yán)格控制的疊加態(tài)的光子。像位置、動(dòng)量、極化和自旋這樣的屬性在量子水平上以多重性的形式存在,每一個(gè)屬性都由概率決定。只有在探測(cè)、觀察或測(cè)量時(shí),才能確定量子系統(tǒng)在瞬間呈現(xiàn)出的特定性質(zhì)。
此次的超維自旋軌道微激光器建立在該團(tuán)隊(duì)早期使用渦旋微激光器的基礎(chǔ)上,渦旋微激光器可以靈敏地調(diào)整光子的軌道角動(dòng)量。最新的設(shè)備通過在光子自旋上增加另一個(gè)級(jí)別的命令來升級(jí)以前的激光器的能力。這種額外的控制級(jí)別能夠操縱并耦合軌道角動(dòng)量和自旋,使研究團(tuán)隊(duì)能夠生成四能級(jí)系統(tǒng)。
同時(shí)控制所有這些參數(shù)的困難一直是阻礙集成光子學(xué)中量子激光產(chǎn)生的原因,也是該團(tuán)隊(duì)工作的主要實(shí)驗(yàn)成就。
研究人員表示,可把光子的量子態(tài)想象成兩顆行星堆疊在一起。以前只有關(guān)于這些行星緯度的信息,現(xiàn)在也有了經(jīng)度,這是以耦合的方式操縱光子并實(shí)現(xiàn)維度增加所需的信息,從而能將它們疊加成四級(jí)。