科學(xué)家們在利用光粒子(稱為量子比特)傳輸量子信息的新方法方面取得了重大突破。這些量子比特有望打造一個既安全又強大的未來量子互聯(lián)網(wǎng)。這項研究發(fā)表在《eLight》雜志上。
傳統(tǒng)上，量子信息被編碼在量子比特上，量子比特可以同時處于 0、1 或 1 的狀態(tài)(疊加)。這種特性使它們非常適合進行復(fù)雜的計算，但限制了它們在通信中可以攜帶的數(shù)據(jù)量。相反，量子比特可以在更高的維度上編碼信息，從而一次性傳輸更多數(shù)據(jù)。
新技術(shù)利用光的兩種特性——空間模式和偏振——來創(chuàng)建四維量子比特。這些量子比特建立在一種特殊的芯片上，可以進行精確操控。與傳統(tǒng)方法相比，這種操控意味著更快的數(shù)據(jù)傳輸速率和更強的抗錯誤能力。
這種方法的一個關(guān)鍵優(yōu)勢是量子比特能夠在長距離內(nèi)保持其量子特性。這使得它們非常適合衛(wèi)星量子通信等應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)需要傳輸很長的距離而不會丟失其完整性。
該過程首先使用兩個光子產(chǎn)生特殊的糾纏態(tài)。糾纏是一種兩個粒子相互連接、無論物理距離如何都擁有相同命運的現(xiàn)象。
在這種情況下，一個光子(信號光子)在芯片上被操縱，利用其空間模式和偏振創(chuàng)建一個 4D 量子比特。另一個光子(閑置光子)保持不變，充當(dāng)信號光子的遙控器。通過操縱閑置光子，科學(xué)家可以控制信號光子的狀態(tài)并將信息編碼到其中。
這種新方法有可能徹底改變量子通信領(lǐng)域。它為能夠安全遠距離傳輸大量數(shù)據(jù)的高速量子互聯(lián)網(wǎng)鋪平了道路。
此外，它還可以促進牢不可破的加密協(xié)議的發(fā)展，并有助于創(chuàng)建能夠解決傳統(tǒng)計算機無法解決的問題的強大量子計算機。
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