來自伊利諾伊州西北大學光子通訊與計算中心（CPCC）和國際高級互聯網研究中心（ICAIR）的研究人員組成的美國團隊在該領域邁出了重大一步。量子通訊透過在已經用於傳統網路流量的光纖電纜上執行量子隱形傳態。這一重大突破表明有可能將這種類型的通訊整合到現有基礎設施中，從而避免昂貴的專用網路建設，同時為更快且本質上安全的資訊交換鋪平道路。
由於量子訊號的脆弱性，量子資料和經典資料在同一物理介質上的共存先前被認為是不可能的。透過充滿數百萬經典光粒子的電纜傳輸攜帶量子資訊的單光子似乎是一個不可逾越的障礙。可以說，研究人員已經實現了真正的實驗壯舉。
傳送量子態來傳遞訊息
這量子隱形傳態不包含資訊的物理傳輸。它基於量子糾纏原理，其中兩個粒子以這樣的方式連接在一起：量子態– 也就是說，所有資訊和所有可用的特徵 – 都是相關的，無論它們之間的距離有多大。我們不是以物理方式發送訊息，而是將量子態從一個粒子轉移到另一個粒子，就好像訊息從一個點「傳送」到另一個點一樣。
在實踐中，量子資訊被編碼為光子獨特的，而傳統訊號使用數百萬個光子。量子通訊可能僅受光速限制，有望實現幾乎即時的信息交換並增強安全性：與傳統系統不同，由於沒有物理傳輸訊息，消除了傳輸過程中任何被攔截的風險。
主要挑戰是避免極其敏感的量子訊號和大量經典資料流之間的干擾。研究人員透過識別光散射最小的特定波長解決了這個問題。透過將量子光子放置在這些光譜視窗中並使用特殊的濾波器來減少光纖中經典傳輸產生的噪聲，他們成功地保持了量子資訊的完整性。該實驗在大約三十公里的距離上進行，證明了該方法的可行性：結果表明，即使在存在大量互聯網流量的情況下，也可以在沒有明顯質量損失的情況下進行量子隱形傳態。
用於偵測任何攔截嘗試的量子金鑰
在義大利進行了一項補充實驗，其中雷特利特Telebit（義大利領先的 B2B 電信公司）、專門從事電信、數位解決方案和電動車的系統整合商 Telebit 和 ThinkQuantum（帕多瓦大學的衍生公司）已成功使用量子密鑰分配(量子密鑰分配或 QKD）以保護透過光纖電纜傳輸的資料。該方法基於量子力學原理，並且更具體地使得能夠以安全的方式產生和分發加密金鑰。它確保發送者和接收者意識到任何攔截嘗試，然後中斷通信，從而使任何資料竊取變得不可能。
該實驗在特雷維索和威尼斯地區梅斯特雷鎮之間的幾公里光纖上進行，證明 QKD 可以與經典資料通道共存，這裡也在同一根光纖上使用不同的頻率。
量子隱形傳態尚未走出實驗室
研究人員現在計劃將他們的實驗擴展到更長的距離和多對糾纏光子，以證明糾纏交換的概念，這是朝著實現這一目標邁出的另一個重要步驟。分散式量子網路。長期目標是在條件受控的實驗室外進行實驗，以驗證這些進展在操作條件下的相關性。這些技術適應真實的通訊網路仍然是一個重大挑戰，因為向地下電纜和長距離的過渡可能會產生新的困難：量子糾纏是一種脆弱的現象，對幹擾和相干性喪失敏感。
還有很長的路要走：讓所有人都能使用量子通訊並改變我們溝通和交換資訊的方式仍然需要付出巨大的努力，還有許多障礙需要克服。我們特別考慮與量子組件、單光子源、偵測器甚至控制設備的製造相關的成本…
來源 ： 光學的
