日前,我国在量子储存领域取得重大进展。
中国科学技术学院郭光灿教授团队研究组李传锋、周宗权首次研发出"按需式读取"的可集成固态量子储存器,储存保真度达到99.3%±0.2%,该成果于12月28日发布在国际著名刊物《物理评论快报》上,这对于实现大容量量子储存、构建量子网路意义重大。
超级安全的量子网路
量子储存器的一个重要作用就是建立大尺度量子网路。
何为量子网路?量子网路是指在多个通讯节点间,借助量子秘钥分发进行安全通讯的网路,各节点间的量子秘钥可以对传统的语音、图像等通讯数据进行加密和揭秘,借以解决由光线有线构建的互联网所承载的数据容易被泄露的问题。
早在几年前,以前为俄罗斯国家安全局工作的就向外界展示了情报部门监控互联网数据的方式,间谍可以通过接入光纤有线网量子通讯储存,继而监控大量信息。最初这一风波激励了量子科学在保密方面的研究,即量子网路。
之所以还能实现安全通讯,是由于在量子网路中对量子体的任何检测行为都是对量子体的一次更改,所以任何检测量子信息的行为就会留下痕迹,被量子信息的接受者测量到。这是量子纠缠原理的彰显,假如两个位置之间共享一个纠缠的粒子对,这么无论这两个位置相距多远,一个粒子的量子状态发生改变,另一个粒子的状态也会骤然发生改变。
正是由于量子网路的超级安全性,全世界都在积极推动量子网路的建设,并有些许进展,其中中国在量子网路建设中处于表现出众,出于领先地位。
2014年,中国研制的远程量子秘钥分发系统的安全距离扩充至200公里,刷新记录。
2016年,中国发射全世界首颗量子科学实验卫星。
2017年,世界首列量子保密通讯干线"沪宁干线"开通,并与"墨子号"量子卫星结合,实现人类首次洲际距离且天地链路的量子保密通讯。
国际上首次实现按需式读取
和精典的计算机网路一样,量子网路也须要量子储存器来储存量子状态,尤其是在量子网路中须要靠单光子来充当理想载体,而单光子在光纤网路中的传输面临指数级耗损,就须要靠量子中继和量子储存器来增加耗损。
具体的方式是,先将大尺度网路分割成多段小尺度网路,当近程纠缠成功构建时,再借助纠缠交换构建远程纠缠,不过因为每位近程纠缠的构建时间不同步,就还须要量子储存器来同步这一过程。先将近程纠缠储存上去,当所有节点构建成功以后,再在储存器之间进行纠缠交换。因而量子储存器是建立大尺度量子网路的核心元件。
这次中国科学技术学院郭光灿教授团队研究组李传锋、周宗权首次研发出"按需式读取"的可集成固态量子储存器,突破点在于"按需式读取",指的是光子写入储存器以后可以依照需求决定读出的时间。这是国际上首次实现按需式读取的可集成固态量子储存器。
按照央广网的报导,为了实现按需式读取,该研究组采用一种改进的量子储存方案,即电场调制的原子频度梳方案,通过引入两个电脉冲,借助斯塔克效应实时操控稀土离子的演变,进而控制储存器的读出时间。
不仅构建大尺度的量子网路之外,量子储存器还有另外两个重要功能,一是充当储存量子信息的载体用于建立量子计算机量子通讯储存,二是实现量子U盘这一高灵活性、低成本的点对点的量子通讯方法。