[據(jù)防務(wù)宇航網(wǎng)站2020年6月24日?qǐng)?bào)道]美國(guó)陸軍的兩個(gè)研究項(xiàng)目推進(jìn)了量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，這可能在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,。
量子網(wǎng)絡(luò)將可能提供多種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的新型能力，其中之一就是安全的量子通信,。在量子通信協(xié)議中,，信息通常是通過(guò)糾纏的光子粒子發(fā)送的。因此,，竊聽(tīng)量子通信幾乎是不可能的,，而那些試圖竊聽(tīng)量子通信的人也會(huì)留下通信被篡改的痕跡。但是,，利用光子在傳統(tǒng)信道（如光纖線路）發(fā)送量子信息是很困難的——攜帶信息的光子經(jīng)常被破壞或丟失,，使得信號(hào)變得微弱或不連貫。
第一個(gè)項(xiàng)目由美國(guó)陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展部陸軍研究實(shí)驗(yàn)室分布式量子信息中心資助和管理,，在該項(xiàng)目中,，芝加哥大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)展示了一種繞過(guò)這些傳統(tǒng)信道的新型量子通信技術(shù)。該研究將兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)與一個(gè)通道鏈接,，證明了可以在節(jié)點(diǎn)之間以量子原理方式發(fā)送信息,，而無(wú)需占用鏈接通道。
該實(shí)驗(yàn)室陸軍研究辦公室項(xiàng)目經(jīng)理,、分布式量子信息中心的聯(lián)合管理者Sara
Gamble博士說(shuō)：“這一結(jié)果特別令人振奮,，不僅因?yàn)樵搱F(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了高傳輸效率，還因?yàn)樗麄冮_(kāi)發(fā)的系統(tǒng)將使人們能夠在可變信號(hào)損耗的情況下進(jìn)一步探索量子協(xié)議,?？朔p耗是實(shí)現(xiàn)魯棒量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)?！?/p>
該研究發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）期刊上,，該研究開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)利用微波光子（與手機(jī)中使用的光子相同）,，通過(guò)微波電纜糾纏兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn),。在該實(shí)驗(yàn)中,，他們使用了一條長(zhǎng)約一米的微波電纜。通過(guò)以可控的方式打開(kāi)和關(guān)閉系統(tǒng),，他們能夠?qū)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行量子糾纏,，并在它們之間發(fā)送信息，而無(wú)需通過(guò)電纜發(fā)送光子,。
芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院“JohnA. MacLean”高級(jí)教授,、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室高級(jí)科學(xué)家Andrew Cleland博士說(shuō)：“我們?cè)谝幻组L(zhǎng)的電纜上傳輸信息，而不需要發(fā)送任何光子,，這是一個(gè)非常不尋常的成就,。從原理上，這種系統(tǒng)也能在更遠(yuǎn)的距離上起作用,。與通過(guò)光纖通道發(fā)送光子的系統(tǒng)相比,，這種系統(tǒng)更快、更高效,?！?/p>
盡管該系統(tǒng)具有局限性——它必須處于非常寒冷的環(huán)境（溫度僅高于絕對(duì)零度幾度），但研究人員表示,，它也有可能在室溫下用原子代替光子工作,。
該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將多個(gè)光子以更復(fù)雜的狀態(tài)糾纏在一起,，最終可以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的量子通信協(xié)議和能力,。
然而，糾纏粒子并不僅僅限于光子或原子,。在2020年6月12日發(fā)表在行業(yè)評(píng)審期刊《物理評(píng)論X》（Physical Review X）上的第二篇論文中,，同一個(gè)芝加哥團(tuán)隊(duì)首次將兩個(gè)聲子（聲音的量子粒子）糾纏在一起。
該團(tuán)隊(duì)為與聲子通信建立了一個(gè)系統(tǒng),，該系統(tǒng)類(lèi)似于光子量子通信系統(tǒng),，它能將兩個(gè)微波聲子糾纏在一起，這些聲子的音調(diào)大約比人耳能聽(tīng)到的音調(diào)高100萬(wàn)倍,。
一旦這些聲子被糾纏在一起,，該團(tuán)隊(duì)就將其中一個(gè)聲子作為“先驅(qū)”，從而影響他們的量子系統(tǒng)使用另一個(gè)聲子的方式,。這種方法使得該團(tuán)隊(duì)能夠進(jìn)行所謂的“量子橡皮擦”實(shí)驗(yàn),，在該實(shí)驗(yàn)中，即使在測(cè)量完成后,，信息也會(huì)從測(cè)量中刪除,。
Cleland說(shuō)：“聲子給系統(tǒng)提供了更大的時(shí)間窗口，從而減少了做量子橡皮擦實(shí)驗(yàn)的一些挑戰(zhàn)?！?/p>
盡管與光子相比，聲子有很多缺點(diǎn)（例如,，它們的壽命較短）,，但它們與一些固態(tài)量子系統(tǒng)有強(qiáng)烈的相互作用，這種特點(diǎn)是光子沒(méi)有的,。因此,，聲子可以提供一種與這些系統(tǒng)進(jìn)行耦合的更好的方式。
這種耦合是許多量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵能力,，也可能有利于其他量子信息科學(xué)應(yīng)用,，如量子計(jì)算。此外,，在相同的頻率下,，聲子的波長(zhǎng)比光子的波長(zhǎng)短，有可能實(shí)現(xiàn)更小的量子電路,。
該實(shí)驗(yàn)室研究員,、分布式量子信息中心聯(lián)合管理者Fredrik
Fatemi博士說(shuō)：“這些實(shí)驗(yàn)共同為我們未來(lái)研究如何構(gòu)建在非理想環(huán)境中發(fā)揮作用的量子網(wǎng)絡(luò)，并在系統(tǒng)之間可靠地傳輸量子信息提供了多種途徑,?！保▏?guó)家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心 劉彧寬）