日前,我國在量子儲存領域取得重大進展。
中國科學技術學院郭光燦教授團隊研究組李傳鋒、周宗權首次研發出"按需式讀取"的可集成固態量子儲存器,儲存保真度達到99.3%±0.2%,該成果于12月28日發布在國際著名刊物《物理評論快報》上,這對于實現大容量量子儲存、構建量子網路意義重大。
超級安全的量子網路
量子儲存器的一個重要作用就是建立大尺度量子網路。
何為量子網路?量子網路是指在多個通訊節點間,借助量子秘鑰分發進行安全通訊的網路,各節點間的量子秘鑰可以對傳統的語音、圖像等通訊數據進行加密和揭秘,借以解決由光線有線構建的互聯網所承載的數據容易被泄露的問題。
早在幾年前,以前為俄羅斯國家安全局工作的就向外界展示了情報部門監控互聯網數據的方式,間諜可以通過接入光纖有線網量子通訊儲存,繼而監控大量信息。最初這一風波激勵了量子科學在保密方面的研究,即量子網路。
之所以還能實現安全通訊,是由于在量子網路中對量子體的任何檢測行為都是對量子體的一次更改,所以任何檢測量子信息的行為就會留下痕跡,被量子信息的接受者測量到。這是量子糾纏原理的彰顯,假如兩個位置之間共享一個糾纏的粒子對,這么無論這兩個位置相距多遠,一個粒子的量子狀態發生改變,另一個粒子的狀態也會驟然發生改變。
正是由于量子網路的超級安全性,全世界都在積極推動量子網路的建設,并有些許進展,其中中國在量子網路建設中處于表現出眾,出于領先地位。
2014年,中國研制的遠程量子秘鑰分發系統的安全距離擴充至200公里,刷新記錄。
2016年,中國發射全世界首顆量子科學實驗衛星。
2017年,世界首列量子保密通訊干線"滬寧干線"開通,并與"墨子號"量子衛星結合,實現人類首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通訊。
國際上首次實現按需式讀取
和精典的計算機網路一樣,量子網路也須要量子儲存器來儲存量子狀態,尤其是在量子網路中須要靠單光子來充當理想載體,而單光子在光纖網路中的傳輸面臨指數級耗損,就須要靠量子中繼和量子儲存器來增加耗損。
具體的方式是,先將大尺度網路分割成多段小尺度網路,當近程糾纏成功構建時,再借助糾纏交換構建遠程糾纏,不過因為每位近程糾纏的構建時間不同步,就還須要量子儲存器來同步這一過程。先將近程糾纏儲存上去,當所有節點構建成功以后,再在儲存器之間進行糾纏交換。因而量子儲存器是建立大尺度量子網路的核心元件。
這次中國科學技術學院郭光燦教授團隊研究組李傳鋒、周宗權首次研發出"按需式讀取"的可集成固態量子儲存器,突破點在于"按需式讀取",指的是光子寫入儲存器以后可以依照需求決定讀出的時間。這是國際上首次實現按需式讀取的可集成固態量子儲存器。
按照央廣網的報導,為了實現按需式讀取,該研究組采用一種改進的量子儲存方案,即電場調制的原子頻度梳方案,通過引入兩個電脈沖,借助斯塔克效應實時操控稀土離子的演變,進而控制儲存器的讀出時間。
不僅構建大尺度的量子網路之外,量子儲存器還有另外兩個重要功能,一是充當儲存量子信息的載體用于建立量子計算機量子通訊儲存,二是實現量子U盤這一高靈活性、低成本的點對點的量子通訊方法。