量子“隔空传送”可以帮助我们以之前永远不能的方式传输数据

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Caroline Delbert

Fri, April 29, 2022, 9:54 PM

Photo credit: David Wall - Getty Images

·                                 在新的研究中，一种来在量子水平上帮助纠正丢失的数据的装置。

·                                 中继系统捕获错误的光子并将它们推进流中。

·                                 随着数据移动得更快，该过程放大少量丢失的光子。

我们现时代最大的问题之一是怎样最好地在越来越大的空间上传输大量数据。现在，量子理论家提出“隔空传送”------某些以前被《星际迷航》和威利·旺卡梦想的东西------可能是解锁真正无损数据传输的量子秘密。

在新的研究中，来自澳大利亚国家标准与技术研究院和澳大利亚布里斯班格里菲斯大学量子工作组的科学家提出，量子数据传输可能冲击我们的思维。他们的研究用在数据传输过程中捕获和恢复杂散光子做实验，发表在《自然通讯》杂志上。

我们将通过想象一些不同的数据场景设置这个场景。想想简单的电报机，其中一根电线携带一个被一个电击的信号或一时安静的空隔。这些电击随电子在分子水平上被交换一路来回旅行。在它的最简单的层面上，这就是电。

现在，想象一个计算机网络，其中文件被在一个服务器或不同的工作站中来回传递。这些文件的通过似乎是闪电的快，但实际上，不同的部分正在被一次来回传递一个。管理它的算法甚至有“碰撞检测”功能来确保当部分在电缆中碰撞时更少的数据被丢失。

这两种场景都涉及传递的数据。它们在复杂性上似乎非常不同，但两者都代表一个简单的范式：连续流。在这些情况下，数据就像来自一个大水罐的水一样在一个方向或在另一个方向抛入。有时它交替，但这个流仍然通过管道连续的。

这里是关于连续或线性信息流的另一件事：有一个损失。甚至在计算机网络中，数据包确实又是碰撞或掉落并丢失。例如，在一个巨大的本地光纤网络中，光在光纤内部反弹------从光的质有一些不可避免的损失。研究人员写道，“损失诱导的噪声，例如来自散射和衍射，在远距离信息传输中是不可避免的”。

甚至对尖端的数据传输，例如连接整个城市或国家的大型光纤干线，反弹的光粒子是为整个技术提供力量的。这些技术散发光子，因此找到来减少损失的方法本身就是一个巨大的行业。我们发送的数据越多，微小的损失加起来成实际数据丢失量就越多。

为了研究损耗，科学家们首先建立了一个实验，其中一个非重要的光子被反弹到一个在那里它会故意的在干涉噪声中丢失的地方。为了控制损耗，他们首先应用了一种叫无噪声线性放大器的装置。当它工作时，这个装置似乎“捕获”错误的光子，将它返回到量子态，并将它放大回数据的健康部分。

研究人员塞尔盖伊思路萨伦考在一份声明中说，“一个工作的长距离量子通信信道需要一种机制来减少这种信息丢失，这正是我们在我们的实验中所做的，我们的工作履行一个所谓的量子中继，这种长距离通信网络的一个关键成分”。

接下来，研究人员希望测试这种方法用于远距离量子密码学。在那之后，他们能开始梦想一个真正安全的全球量子网络。