量子互联网最近有了一个重要进展:研究人员第一次在商用的光纤网络里,同时传输了量子信号和经典网络信号。
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这项研究由宾夕法尼亚大学的一个工程师团队完成,他们使用Verizon现有的商用光纤,没有对设施做任何改造,就成功实现了两种信号一起传输。这一切靠的是他们自己研发的一款微型“量子芯片”。8月28日,这项成果发表在了《科学》杂志上。
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这次突破的意义很大。以前的量子网络只能在实验室那种严格控制的环境里运行。但这次,研究人员直接把量子通信系统接进了正在商用的网络中,并且完整使用了现在互联网的协议(IP)和路由结构。
也就是说,以后我们可能不用再为量子互联网重新搭建一套基础设施——它可以借助现有的网络,用更低的成本和更高的效率扩大规模。
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团队开发的集成光芯片叫“Q-Chip”,可以理解成一列设计得很巧妙的火车:经典光信号像火车头,在前面带路,负责判断路径和纠正错误;量子信号则像装在密封车厢里的珍贵货物,一路安全送达、不受干扰。
论文的第一作者、博士生张一驰解释说,以前组量子网络有个难题:经典信号可以测量,量子信号不能,这俩在一起会互相干扰。他们的解决办法是,让经典信号比量子信号早一点点发出,这样系统就能在不破坏量子状态的情况下做出路由判断。
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更值得一说的是,团队还开发出一套误差校正机制:通过观察经典信号受到的干扰,反过来推算出量子信号需要做哪些补偿,这样不用测量量子态,也能抑制噪声。测试中,信号传输的保真度一直保持在97%以上。
虽然目前量子信号还不能放大,传输距离有限,但这次实验证明,量子网络已经能够和现有互联网“说同一种语言”了。再加上芯片是用硅基工艺制造的,以后也更容易大规模生产。
论文的合作者RobertBroberg说,这有点像90年代互联网刚起步时的情形——当时各个大学开始把网络连通起来,谁也没想到后来会发生那么大的变化。量子互联网可能也有这样的潜力。
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