研究人员演示了超安全量子互联网的缺失链接

Mikhail Lukin，乔治Vasmer Leverett物理学教授（未图片）和GSAS学生，David Levonian（左）和Mihir Bhaskar是哈佛大学研究人员，他们已经建立了内部迷失的超安全量子互联网的缺失链接。

量子互联网可用于发送不可破坏的消息，提高GPS的准确性，并实现基于云的量子计算。超过二十年多年来，由于难以在没有损失的情况下向大距离发送量子信号难以发送越来越大的历程而达到覆盖率。

现在，哈佛和麻省理工学院的研究人员已经找到了一种方法来纠正信号丢失的原型量子节点，可以捕获，存储和缠绕量子信息。研究是缺少实际量子互联网的缺失链接，并在长距离量子网络开发中向前迈出的重大步骤。

“这一示范是一个概念突破，可以扩展最长范围的量子网络，并可能以任何现有技术的方式实现许多新应用，”乔治·维勒塞特（George Vasmer Leverett）物理学和共同教授哈佛量子倡议主任。“这是实现我们量子科学和工程界超过二十多年的目标的目标。”

该研究在自然界中公布。

从第一电报到今天的光纤互联网的各种形式 - 从第一电报到今天的光纤互联网 - 必须解决信号降低并且在通过距离传输时丢失的事实。开发了第一种中继器以校正该损失的信号，以放大1800年代中期的衰落线电报信号。两百年后，中继器是我们长途通信基础设施的一个组成部分。

在古典网络中，如果纽约的爱丽丝想在加利福尼亚州发送鲍勃一条消息，那么信息以越来越长的线条从海岸到海岸。沿途，信号通过中继器，在其中读取，放大和校正错误。整个过程都在易受攻击的任何点。

但是，如果Alice想要发送量子消息，则过程是不同的。量子网络使用光近光子的量子颗粒 - 在长距离中传送光的量子状态。这些网络有一个古典系统没有：纠缠的技巧。

纠缠 - 爱因斯坦称为“距离幽灵动作” - 允许信息位与任何距离完全相关。由于在不改变的情况下无法观察到量子系统，Alice可以使用纠缠到消息鲍勃而没有任何窃听者的恐惧。此概念是应用此类量子密码 - 由量子物理法保证的Quantum密码术的基础。

然而，长距离的量子通信也受到传统光子损耗的影响，这是实现大规模量子互联网的主要障碍之一。但是，相同的物理原理，使得量子通信超安全也使得不可能使用现有的经典中继器来修复信息丢失。

如果您无法阅读，您如何放大并纠正信号？这个看似不可能的任务的解决方案涉及所谓的量子中继器。与通过现有网络放大信号的经典中继器不同，Quantum Reberers创建一个缠绕颗粒的网络，通过该簇是可以发送的消息。

实质上，量子中继器是一个小型专用量子计算机。在这种网络的每个阶段，量子中继器必须能够捕获和处理量子位的量子信息以纠正错误并将其存储足够长，以便其余的网络准备好。到目前为止，这是不可能的两个原因：首先，单个光子非常难以捕获。其次，量子信息令人惊奇地脆弱，使得在长时间处理和存储非常具有挑战性。

Lukin的实验室与Marko Loncar合作，哈佛John A. Paulson Engineerning and Applied Sciences（Seas）的电气工程学院电气工程教授，

Hongkun Park，Mark Hyman Jr. Mark Hyman Jr.哈佛艺术与科学学院（FAS），以及马萨诸塞州理工学院电气工程和计算机科学副教授（麻省理工学院）的副教授，一直致力于利用系统这可以在钻石中执行良好的这两个任务 - 硅空位色情。

这些中心是钻石的原子结构中的微小缺陷，可以吸收和辐射光线，从而产生钻石的辉煌颜色。

“在过去的几年里，我们的实验室一直在努力了解和控制唯一的硅空位色情，特别是如何将它们用作单个光子的量子存储器装置，”Lukin组的研究生Mihir Bhaskar说。

研究人员将欣赏色点集成到纳米制造的金刚石腔中，该钻石腔内限制了信息轴承的光子并迫使它们与单个颜色中心相互作用。然后，它们将该装置放入稀释冰箱中，该装置达到靠近绝对零的温度，并通过光纤电缆向冰箱中的辛辛来送入冰箱，在那里它们被彩色中心有效地捕获并捕获。

该设备可以将量子信息存储为毫秒 - 足够长的信息，以便提供超过数千公里的信息。嵌入腔周围的电极用于提供控制信号以处理并保留存储在存储器中的信息。

“该装置结合了量子中继器的三个最重要的元素 - 长记忆，能够有效地捕捉到光子的信息，以及纳米级光学实验室的研究生，并将其当地处理它的方式。”“这些挑战中的每一个都分别解决，但没有一个设备已经结合了这三个。”

“目前，我们正致力于通过在真实的城市光纤链路中部署我们的量子回忆，”Lukin组的博士后候选人Ralf Riedinger表示，通过部署我们的量子回忆来扩展这项研究。“我们计划创建大型纠缠量子存储器，并探索量子互联网的第一个应用程序。”

“这是第一个系统级演示，结合了纳米制造，光子和量子控制的主要进步，其显示了使用量子中继器节点传送信息的清晰量子优势。我们期待着使用这些技术开始探索新的独特应用程序，“Lukin说。

参考：MK Bhaskar，R.Riedinger，B. Machielse，DS Levonian，Ct Nguyen，En Knall，H. Park，D.Nglund，M.Lončar，DD Sukachev和MD Lukin，23 2020年3月，Nature.Doi：
10.1038 / s41586-020-2103-5

该研究由Bhaskar，Riedinger，Machielse，David Levonian，Christian Nguyen，Erik Knall，Park，Englund，Loncar，Denis Sukachev和Lukin共同撰写。它得到了国家科学基金会，国防部，能源部，科研和海军研究办公室的能源部。