新型量子存储器材料：量子互联网研究取得重大突破！

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导读

最近，澳大利亚国立大学（ANU）的科研人员在全球量子互联网的构建模块研究方面取得了重大的突破，他们发现一种掺杂铒的晶体特别适合作为量子网络的构建模块，它与现有的光纤电缆兼容，能显著改善存储器的存储时间。

关键字

量子、存储、光学

背景

量子互联网是当前科技界炙手可热的前沿课题之一。它是一种非常安全的，甚至可以说是牢不可破的通信网络。传统的光纤网络是通过光束实现信息传输的，而光束携带的信息经常可以被拦截和窃听。

然而，采用量子通信的量子互联网的信息载体是单个光子，光子在不被破坏的情况下，其携带的信息是无法被获取的，也就是说，传统的骇客攻击对于量子互联网来说是不起作用的。另外，依据量子力学原理，对量子的任何测量行为都是对量子体的一次修改，因此任何窥探量子信息的行为都会留下痕迹，量子信息的接收者都会察觉到。总的来说，量子通信是一种无条件的安全通信方式。

然而，构建量子互联网并不是一件容易的事。昨天，笔者在《存储单光子的新型量子存储器：简单快速！》一文中就介绍过，存储单光子的量子存储器对于构建量子互联网的重要意义。简单化、高带宽、低噪音、与量子通信兼容的存储设备，非常有利于量子互联网的构建。

创新

最近，澳大利亚国立大学（ANU）的科研人员在为全球量子网络提供实用性的构建模块方面，取得了重大的突破。由副教授 Matthew Sellars 领导的科研团队展示了一种掺杂铒的晶体，特别适用于开启利用量子力学特性的全球通信网络。

（图片来源： Stuart Hay, ANU）

ANU 量子计算和通信技术中心（CQC2T）的项目经理 Sellars 表示：

“构建量子计算机通常被说成是‘21世纪的太空竞赛’，但是如今的计算机直到有了互联网，才释放出其全部潜力。”

“我们展示了一种掺杂铒的晶体，它是一种完美的材料，特别适合作为量子网络的构建模块。这种量子网络未来将释放量子计算机的全部潜力。”

“我们10年之前就有了这样的想法，但是许多同事告诉我们，这个简单的想法并不可行。然而这个结果证明了我们的方案是正确的。”

这项研究发表于《自然物理学》杂志。它演示了如何显著改进通信兼容的量子存储器的存储时间，一直是一个困扰全球研究人员的重大挑战。

技术

对于今天的这项研究，我们先来听听ANU 的 Rose Ahlefeldt 博士，她说：

“这种通信兼容的量子存储器是实用的量子互联网的重要组件。”

“存储器让我们可以缓冲和同步量子信息，为远程量子通信提供必要的操作。”

“当时，研究人员使用的存储器无法在正确的波长工作，必须通过一个复杂的转换过程形成通信波长。这是效率低下的，意味着他们必须做三件很难的事情，而不是一件。”

铒，一种稀土离子，具有独特的量子特性，与现有的光纤网络运行在同一个波段，所以无需转换过程。

（图片来源： Stuart Hay, ANU）

论文的第一作者、博士研究生 Milos Rancic 表示：

“我们的技术的独特优势在于，它和如今的电信基础设施一样，工作在1550纳米的波段，与现有网络中的光纤电缆兼容。”

“我们已经展示了，晶体中的铒离子能够存储量子信息超过一秒，这个时间比其他方案长1万倍，未来足以用于通过全球网络发送量子信息。”

（图片来源： Stuart Hay, ANU）

价值

Sellars 称，新技术也可以作为量子光源使用，或者作为光链路用于固态量子计算设备，将它们连接成量子互联网。他说：

“我们的材料不仅与现有的光纤兼容，而且它具有多功能性，能够连接许多种量子计算机，包括CQC2T的硅量子比特，和例如谷歌和IBM开发的超导量子比特。”

“这个研究成果非常激动人心，因为它让我们能够开展许多与原理相关的工作，让它变为实际的设备，用于全面的量子互联网。”

参考资料

【1】http://www.anu.edu.au/news/all-news/quantum-internet-a-step-closer-with-data-storage-breakthrough

【2】http://dx.doi.org/10.1038/NPHYS4254

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