適合量子技術(shù)應(yīng)用的特種光纖問(wèn)世

英國(guó)巴斯大學(xué)物理學(xué)家開(kāi)發(fā)出新一代特種光纖，以應(yīng)對(duì)未來(lái)量子計(jì)算時(shí)代出現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸挑戰(zhàn)。該成果有望推動(dòng)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。研究成果發(fā)表在新一期《應(yīng)用物理快報(bào)·量子》上。

明亮的光線通過(guò)新設(shè)計(jì)的光纖傳導(dǎo)。

圖片來(lái)源：卡梅隆·麥克嘉里/英國(guó)巴斯大學(xué)

量子技術(shù)備受期待之處，在于它能以前所未有的計(jì)算能力使人們解決復(fù)雜的邏輯問(wèn)題、開(kāi)發(fā)新藥，同時(shí)，量子技術(shù)還能通過(guò)提供牢不可破的加密技術(shù)，為人們帶來(lái)更安全的通信。然而，由于光纖的實(shí)心芯，當(dāng)今在全球范圍內(nèi)傳輸信息的有線網(wǎng)絡(luò)，并不適合未來(lái)的量子通信。

傳統(tǒng)光纖傳輸?shù)墓獾牟ㄩL(zhǎng)，由石英玻璃的損耗決定。這些波長(zhǎng)與光量子技術(shù)所需的單光子源、量子比特和有源光學(xué)元件的工作波長(zhǎng)不兼容。因此，研究人員必須開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的支持設(shè)備，才能保證其在未來(lái)量子網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用。

此次，巴斯大學(xué)研究人員從光纖技術(shù)的角度分析了量子互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)挑戰(zhàn)，提出了一系列實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健、大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的解決方案，包括用于長(zhǎng)距離通信的光纖和允許量子中繼器的特種光纖。新制造的特種光纖與標(biāo)準(zhǔn)電信光纖不同，其具有微結(jié)構(gòu)芯，由沿光纖整個(gè)長(zhǎng)度分布的復(fù)雜氣穴圖案組成。這些圖案使人們可操縱光纖內(nèi)部光的特性，創(chuàng)建糾纏光子對(duì)，改變光子的顏色，甚至捕獲光纖內(nèi)部的單個(gè)原子。

研究團(tuán)隊(duì)介紹說(shuō)，特種光纖通過(guò)充當(dāng)糾纏單光子源、量子波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、低損耗開(kāi)關(guān)或量子存儲(chǔ)器容器，能在節(jié)點(diǎn)本身實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算。同時(shí)，特種光纖可直接集成到網(wǎng)絡(luò)中，極大延長(zhǎng)了可運(yùn)行距離。

新型光纖還能生成更多奇特的光量子態(tài)，應(yīng)用于量子計(jì)算、精密傳感和信息加密，這也為未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。（記者張夢(mèng)然）

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