量子网络突破：纠缠光子不间断传输30+小时

科学家们通过在商业网络上以100%的正常运行时间传输纠缠量子信号，展示了量子网络的重大飞跃。

他们的新稳定方法克服了中断，保持网络平稳安全运行。

量子突破：商业网络上的第一个纠缠信号

美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）、查塔努加EPB和田纳西大学查塔努加分校的研究人员已经成功地在商用光纤网络上传输了一个纠缠量子信号。这一成就标志着多个波长通道和自动偏振稳定首次同时使用，而且没有任何网络停机时间。

这一突破使我们离开发功能性量子互联网又近了一步，它可以提供比今天的网络更高的安全性和效率。

为了保持信号的稳定性，研究人员实施了自动极化补偿（APC），这是一种纠正偏振变化的技术 —— 光波的电场振荡的方向。该系统依靠激光产生的参考信号和一种称为外差检测的超灵敏方法来实时监测和调整偏振。

通过使用APC，研究小组最大限度地减少了风和温度波动等环境因素造成的干扰，这些因素会干扰通过光纤电缆传输的量子信号。

克服信号干扰实现无缝通信

“我们的目标之一一直是开发为用户无缝运行的量子通信系统，”领导这项研究的ORNL量子研究科学家约瑟夫·查普曼（Joseph Chapman）说。“这是这种方法的第一次演示，它在保持量子信号的同时实现了相对快速的稳定，所有的正常运行时间都是100%，这意味着传输两端的人们不会注意到信号中的任何中断，也不需要协调计划的停机时间。”

这种方法使信号能够在田纳西大学查塔努加校区的节点和另外两个EPB量子网络节点之间连续传输30多个小时而不会中断，每个节点大约半英里远。UTC节点拥有一个由ORNL量子研究科学家穆尼尔·阿尔肖坎（Muneer Alshowkan）开发的纠缠光子源。

量子量子比特：未来计算的关键

量子计算依靠量子比特或量子位来存储信息。量子比特与经典计算中使用的二进制比特不同，它可以通过量子叠加同时存在于多个状态，这允许在单个对象上编码物理值的组合。

ORNL的研究使用光粒子或光子作为量子比特，并通过量子纠缠分布在光子对上传输偏振纠缠量子比特。纠缠的量子比特纠缠在一起，以至于一个量子比特无法独立描述另一个量子比特。这种纠缠使得以量子位编码的信息可以通过量子隐形传态从一个地方传输到另一个地方，而无需物理地穿越空间。纠缠分布和量子隐形传态构成了更先进的量子网络的基础。

解决光纤量子网络中的中断问题

光子可以通过偏振和光的其他特性被编码为量子比特，并且可以通过现有的光纤电缆系统传输。但是风、湿气、温度变化和电缆上的其他压力会破坏光子的偏振并干扰信号。查普曼和ORNL团队希望找到一种稳定极化和减少干扰的方法，同时保持网络在最大带宽下运行。

查普曼说：“大多数以前的解决方案并不一定适用于所有类型的两极分化，需要权衡，比如定期重置网络。”“使用网络的人需要它启动并运行。我们的方法可以控制任何类型的极化，并且不需要定期关闭网络。”

测试和微调量子过程

查普曼和阿尔肖坎通过使用纠缠辅助量子过程断层扫描，从纠缠光子中生成测试信号来测试补偿方法，该断层扫描可以估计量子信道的特性，例如具有APC的地下光纤，以测量变化。当启用APC时，传输保持相对稳定，添加的噪声最小。

查普曼说：“一个有经验的音乐家，如果耳朵好，就能分辨出两种乐器走调的区别。”“在我们的APC中，我们使用激光对参考信号做同样的事情。”

专利申请：量子网络的下一步是什么？

查普曼已经为这种方法申请了专利。接下来的步骤包括调整方法以增加带宽和补偿范围，以便在更广泛的条件下实现高性能操作。

EPB首席执行官David Wade表示：“与ORNL这样的组织合作，为我们如何继续增强EPB量子网络作为研究人员、初创企业和学术客户的资源提供了宝贵的反馈。”“自从推出商业上可行的量子网络以来，我们已经开始努力让我们的社区从量子未来的进步中受益，并将查塔努加建立为开发商和投资的目的地。”

联合技术公司官员承诺将继续提供支持。

“我们很高兴能成为这个成功团队的一部分，”联合技术大学负责研究的副校长莱因霍尔德·曼（Reinhold Mann）说。“这种合作关系推动了量子信息科学和技术的发展，并为我们的学生提供了特殊的体验式学习。”

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