维也纳通过纳米纤维原子系统实现量子网络技术

中国粉体网6月14日讯  维也纳科技大学研究人员发现，通过量子力学可将原子耦合至玻璃光缆，现在该机构又研发出可将量子信息储存足够长的时间，以实现基于光纤的全球量子网络的技术。

　　未来的电子邮件是否能够利用量子进行加密呢？我们是否能够通过普通玻璃纤维远距离隐形传送量子状态？耦合至超细玻璃纤维的激光器冷却原子是用于量子通讯应用的理想之选。维也纳科技大学研究人员已成功演示了此类玻璃纤维能够长时间储存量子信息，以用于将纠缠数百千米的原子分开。这构成了全球基于光纤的量子通讯网络的基础结构单元。

　　原子和光

　　维也纳科技大学研究员Arno Rauschenbeutel表示，"我们将两种不同的量子物理系统相连接：一方面，我们使用光纤导向光，这是将量子信息从A发送到B的理想之选；另一方面，我们依赖于原子，这是用于储存量子信息的绝佳之选"。

　　通过捕获来自玻璃纤维（本身直径为500纳米）、约200纳米外的原子，可以实现光和原子之间的超强互动，从而允许在两个系统之间进行量子信息交换。这一信息交换是量子密码学和量子隐形传送技术的基础。

　　当前有很多不同的方式可用于执行量子力学操作和光与物质储存器之间的量子信息交换，但对于许多系统而言，其难度在于无法有效地储存和取回信息。维也纳科技大学研发的这一方法则直截了当地解决了这一问题：通过直接连接至当前普遍用于数据传输的标准光纤玻璃纤维，可以轻松将量子玻璃光缆集成至现有的光纤通讯网络。

　　稳健的量子存储器

　　在过去，研究人员已对原子的可控性和有效耦合至玻璃纤维进行了成功演示，但迄今为止，光纤耦合原子在储存量子信息以及远距量子通讯方面的适用性仍未得到验证。随着时间过去，储存在原子钟的量子信息会逐渐泄漏到环境中，即"去相干"效应。而据Rauschenbeutel介绍，利用相应的技术，可以将原子的相干时间延长到数个毫秒，不管其到纤维表面的距离如何短。玻璃纤维中的光在一毫秒中可穿行200千米，如果利用光携带量子信息，则可以通过原子纠缠、利用此类系统来桥接这一间距。

　　切实可行的全球量子网络概念

　　即使是在正常的玻璃光纤通讯中，光传输的范围也很有限：纤维越长，信号越弱。要解决这一问题，必须将转发站插入到网络中以在一定距离后放大光纤信号。这样一来，实现全球通讯将成为可能。

　　这一简单的信号放大概念尚无法应用于量子力学，虽然可行，但需要建设所谓的"量子转发器"。这些转发器可用于将数个短节段链接至一个长的量子连接。Arno Rauschenbeutel对这一技术信心十足："利用我们的组合式纳米纤维原子系统设置包含量子转发器的光纤量子网络，我们可以在全球范围内传输量子信息和隐形传送量子状态"。