纽约利用常规光纤打造量子网络

英国《新科学家》周刊网站4月11日刊发题为《纽约城打造黑客无法攻破的量子互联网》的文章，作者是卡尔梅拉·帕达维奇-卡拉汉，文章摘编如下：

在喧闹的纽约街道下方，研究人员通过常规光纤环路发送纠缠光子——这是打造黑客无法攻破的量子互联网的起点。

在纽约市布鲁克林区一间可以俯瞰一家老造船厂的办公室里，我得知，我来这里的路上可能从一些纠缠光子的上方走过。

从前一天晚上开始，美国Qunnect公司的研究人员就一直在通过纽约地下一条长34公里的光纤环路发送光粒子（即光子）。他们使用的方法保留了量子特殊的纠缠属性，这使得他们最终能把这条光纤环路用作量子互联网的起点。

在量子互联网中，各种设备通过交换光子等量子进行通信，这些量子同时将大量复杂信息进行编码。这一编码过程与电子信号在我们的计算机和手机之间传递信息的方式有着本质的不同，因为它利用了非量子物体不具备的特性。量子网络最大的前景是，它们将比任何现有网络更安全地传递信息，使我们在网上分享的信息几乎无法被破解。

这种安全性的关键要素是量子纠缠。对于两个纠缠的粒子而言，如果一个被篡改，另一个会瞬间改变其属性。这会提醒用户，他们的通信内容已经泄露。

在打造这一测试网络时，Qunnect公司的研究人员不得不建造一种名为“纠缠源”、能生成纠缠光子的设备。它利用了被精心校准的激光击中时会释放纠缠光子的铷原子。这种设备的大小与鞋盒差不多，在室温下工作，可以接入现有的光纤网络。

Qunnect公司首席科学官迈赫迪·纳马齐说，这种设备产生的一对对纠缠光子的数量以及它们纠缠的可靠程度都是前所未有的——是过去其他基于原子的设备实现速率的100倍。

在我看到Qunnect公司的“纠缠源”时，实验已经持续了12个多小时。每生成一对纠缠光子，研究人员便将其中一个光子保存在实验室中，将另一个光子发送至光纤环路。每秒有数以万计的光子沿光纤环路转一圈。

其他量子网络已经存在。中国合肥的一个网络已经连接了不少台量子设备。英国布里斯托尔、美国田纳西州查塔努加和伊利诺伊州芝加哥等地也建立了规模较小的量子网络。此外，还有人计划在欧洲最大海港荷兰鹿特丹建设一个量子网络。

然而，这些网络并不能轻易接入现有的基础设施。它们不利用铷原子，而是利用被激光击中后会释放纠缠光子的晶体。这种方法的好处是，你可以得到更多光子，这样就可以传输更多信息，但所产生的光子与目前光纤网络所使用的波长不符。

Qunnect公司首席执行官诺埃尔·戈达德说，该团队的长期目标是，始终保持这一设置，并不断添加其他设备，比如存储信息的量子存储设备，而不去干扰纽约现有的光纤。她说：“毕竟，全世界不会铺设全新的光纤网络来与量子互联网配套。”

现在，研究人员正在研究在其设置中增加另一条光纤环路和“纠缠源”。这样一来，他们将更接近于建成量子互联网。在量子互联网中，将有多个量子电信中心，每个中心都有自己的“纠缠源”，用户也将有不止一个选择来把纠缠光子传递给它们。

戈达德说，很难预测此类光子未来的每一个用途，但Qunnect公司希望将其提供给金融和研究机构，例如，需要确保通信安全或拥有量子计算机的机构。