来自伊利诺伊州西北大学光子通信与计算中心（CPCC）和国际高级互联网研究中心（ICAIR）的研究人员组成的美国团队在该领域迈出了重大一步。量子通信通过在已经用于传统互联网流量的光纤电缆上执行量子隐形传态。这一重大突破表明有可能将这种类型的通信集成到现有基础设施中，从而避免昂贵的专用网络建设，同时为更快且本质上安全的信息交换铺平道路。
由于量子信号的脆弱性，量子数据和经典数据在同一物理介质上的共存此前被认为是不可能的。通过充满数百万经典光粒子的电缆传输携带量子信息的单光子似乎是一个不可逾越的障碍。可以说，研究人员已经实现了真正的实验壮举。
传送量子态来传输信息
这量子隐形传态不包含信息的物理传输。它基于量子纠缠原理，其中两个粒子以这样的方式连接在一起：量子态– 也就是说，所有信息和所有可用的特征 – 都是相关的，无论它们之间的距离有多大。我们不是以物理方式发送信息，而是将量子态从一个粒子转移到另一个粒子，就好像信息从一个点“传送”到另一个点一样。
在实践中，量子信息被编码为光子独特的，而传统信号使用数百万个光子。量子通信可能仅受光速限制，有望实现几乎即时的信息交换并增强安全性：与传统系统不同，由于没有物理传输信息，消除了传输过程中任何被拦截的风险。
主要挑战是避免极其敏感的量子信号和大量经典数据流之间的干扰。研究人员通过识别光散射最小的特定波长解决了这个问题。通过将量子光子放置在这些光谱窗口中并使用特殊的滤波器来减少光纤中经典传输产生的噪声，他们成功地保持了量子信息的完整性。该实验在大约三十公里的距离上进行，证明了该方法的可行性：结果表明，即使在存在大量互联网流量的情况下，也可以在没有明显质量损失的情况下进行量子隐形传态。
用于检测任何拦截尝试的量子密钥
在意大利进行了一项补充实验，其中雷特利特Telebit（意大利领先的 B2B 电信公司）、专门从事电信、数字解决方案和电动汽车的系统集成商 Telebit 和 ThinkQuantum（帕多瓦大学的衍生公司）已成功使用量子密钥分配(量子密钥分配或 QKD）以保护通过光纤电缆传输的数据。该方法基于量子力学原理，并且更具体地使得能够以安全的方式生成和分发加密密钥。它确保发送者和接收者意识到任何拦截尝试，然后中断通信，从而使任何数据盗窃变得不可能。
该实验在特雷维索和威尼斯地区梅斯特雷镇之间的几公里光纤上进行，证明 QKD 可以与经典数据通道共存，这里也在同一根光纤上使用不同的频率。
量子隐形传态尚未走出实验室
研究人员现在计划将他们的实验扩展到更长的距离和多对纠缠光子，以证明纠缠交换的概念，这是朝着实现这一目标迈出的又一个重要步骤。分布式量子网络。长期目标是在条件受控的实验室外进行实验，以验证这些进展在操作条件下的相关性。这些技术适应真实的通信网络仍然是一个重大挑战，因为向地下电缆和长距离的过渡可能会产生新的困难：量子纠缠是一种脆弱的现象，对干扰和相干性丧失敏感。
还有很长的路要走：让所有人都能使用量子通信并改变我们沟通和交换信息的方式仍然需要付出巨大的努力，还有许多障碍需要克服。我们特别考虑与量子组件、单光子源、探测器甚至控制设备的制造相关的成本……
来源 ： 光学的
