新研究推进了美国陆军对超安全量子网络的探索

芝加哥大学的两个美国陆军研究项目促进了量子网络的发展，这将在未来战场行动中发挥关键作用。

美国陆军的两个研究项目促进了量子网络的发展，这可能在未来战场行动中发挥关键作用。

量子网络将有可能提供经典网络无法实现的多种新颖功能，其中之一就是安全的量子通信。在量子通信协议中，信息通常是通过纠缠的光子粒子发送的。窃听量子通信几乎是不可能的，而那些试图进行量子通信的人留下了被篡改的证据。但是，通过光子在传统通道（例如光纤线路）上通过光子发送量子信息是很困难的–携带信息的光子经常被破坏或丢失，从而使信号微弱或不连贯。

在第一个项目中，由美国陆军作战能力发展的陆军研究实验室的分布式量子信息中心资助和管理的芝加哥大学研究小组展示了一种绕过这些传统渠道的新型量子通信技术。该研究通过一个通道链接了两个通信节点，并在节点之间以量子力学方式发送了信息，而从未占用链接通道。

“这个结果特别令人兴奋，不仅因为该团队实现了很高的传输效率，还因为他们开发的系统将能够在存在可变信号损失的情况下进一步探索量子协议，” Sara Gamble博士说实验室的陆军研究办公室和分布式量子信息中心的联合经理。“克服损失是实现强大的量子通信和量子网络的主要障碍。”

该研究发表在《物理评论快报》上，该系统开发了一种系统，该系统使用微波光子（与手机中使用的光子相同）通过微波电缆纠缠两个通信节点。在此实验中，他们使用了长度约一米的微波电缆。通过以受控方式打开和关闭系统，它们可以使两个节点发生量子纠缠并在它们之间发送信息，而不必通过电缆发送光子。

“我们通过一米长的电缆传输信息而没有发送任何光子来完成此任务，这是非常不寻常的成就，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院分子工程学教授John A. MacLean的安德鲁·克莱兰德博士说。阿贡国家实验室的资深科学家。“原则上，这也将在更长的距离上起作用。这将比通过光纤通道发送光子的系统更快，更高效。”

尽管该系统有局限性，但它必须保持非常冷，温度要高于绝对零值几度，研究人员说，该系统还可能在室温下使用原子而不是光子工作。

该团队现在正在进行实验，将多个光子纠缠在一起，从而最终实现增强的量子通信协议和功能。

但是，纠缠的粒子不仅限于光子或原子。在2020年6月12日发表的第二篇论文中，同一个芝加哥研究小组在同行评审杂志《 Physical Review X》上首次纠缠了两个声子-声音的量子粒子。

该团队使用类似于光子量子通信系统的与声子进行通信的系统，纠缠了两个微波声子，它们的音高比人耳所能听到的声响高大约一百万倍。

一旦声子纠缠在一起，研究小组就将其中一个声子用作先驱，这将影响他们的量子系统如何使用另一个声子。该先驱使团队能够进行所谓的量子橡皮擦实验，即使在测量完成后，该信息也将从测量中删除。

Cleland说：“ Phonons为您提供了更大的时间窗口来做事，并减轻了进行量子橡皮擦实验的一些挑战。”

尽管声子相对于光子有很多缺点（例如，它们倾向于寿命较短），但它们与许多可能与光子没有强相互作用的固态量子系统发生了强烈的相互作用。结果，声子可以提供一种更好的方式耦合到这些系统。

这种耦合是许多量子网络应用程序的关键功能，并且也可能使诸如量子计算之类的其他量子信息科学应用程序受益。另外，对于相同的频率，声子的波长比光子的波长短，从而有可能实现更小的量子电路。

“这些实验共同为我们如何构建在非理想环境中运行的量子网络以及在系统之间可靠地传递量子信息提供了多种途径，以供将来研究之用，”该实验室的研究员兼联合管理人Fredrik Fatemi博士说。分布式量子信息中心。“两者对于开发未来的量子技术都至关重要。”

有关此研究的更多信息，请阅读《新型量子通信技术使用“远距离的怪异动作”发送信息》。

参考：

Y.P. A. Bienfait，“使用可调耗散的量子通信系统通过绝热通道进行的远程纠缠”钟世勋Chang M.-H.周，C.R. Conner，É。Dumur，J.Grebel，G.A。 Peairs，R.G.鲍维（K.J.萨辛格和A.N.克莱兰德（Cleland），2020年6月12日，《体检信》。
10.1103 / PhysRevLett.124.240502

Y.P. A. Bienfait撰写的“使用纠缠的表面声子进行量子擦除”钟世勋Chang M.-H.周，C.R. Conner，É。Dumur，J.Grebel，G.A。 Peairs，R.G.鲍维（K.J.萨辛格和A.N.克莱兰德（Cleland），2020年6月12日，实物评论X.DOI：
10.1103 / PhysRevX.10.021055

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