量子通信重磅突破！经典量子信号同缆传送，或铺平量子互联网道路

发布时间：2025-04-05 07:58:42 来源：时事热点网 作者：轻舞

今天给大家带来西北大学的一项重要突破，他们在世界上第一次把”娇弱“的量子态和400Gbps“汹涌澎湃”的互联网数据洪流，放在同一根光纤里传输了30.2公里，还做到了89.9%高保真度，这就像是让蝴蝶在重型卡车的车流中优雅穿行，而且还毫发无损！这项研究已发表在《Optica》杂志上。你可能还有些轻度脑腐，这啥意思，有啥用，很重要吗？你现在手里拿着手机吧，你刷抖音、朋友圈的时候，视频、图片、文字都会转换成数字信号，通过光纤传输到全球各地，这叫互联网。未来量子计算机发展起来了，我们也需要把它们联网才能发挥巨大作用，这叫量子网络。但量子网络要传输的不是经典的数字信号，而是量子态信号，传输方法也大相径庭。经典传输就像“搬运工”，把数据打包吭哧吭哧地从A点运送到B点。而量子态传输是瞬移魔法，它不是直接把量子态搬运过去，而是在A和B之间预先建立量子纠缠，然后利用纠缠和贝尔态测量（BSM）——啪，一个“测量”把原本的量子态“毁掉”，瞬间在B点“重生”出来——不需要任何时间过程。这就叫此物本无处，信手却可寻。有点耳熟是不是？这就是量子力学里的黑科技，量子隐形传态，传什么态，当然是量子态了。据不完全统计，目前全球铺设的光缆总长度已经超过了50亿公里，已经可以到达冥王星了。那么问题就来了，未来建量子网络，如果也要铺这么多光缆，那得多费钱啊，能不能就用现在的光缆呢？这就是我开头说的蝴蝶和重型卡车了。你要把量子态信号和经典数字信号放进一根光纤里，那可比登天还难。为啥这么说呢？经常看我节目的朋友应该都知道，我们讲量子计算机的时候就经常讲到，量子态那叫一个脆弱，任何些微的影响和干扰都可能让它崩溃，能维持的时间只能以纳秒、微秒计，要不怎么退相干，要不怎么要纠错呢，这俩货就成了量子计算机问世的最大障碍。光子的量子态虽然稳定一些，但也经不起任何噪声干扰，你要碰上经典通信里那高功率的激光噪声，那量子态还不吓得瑟瑟发抖，瞬间就嗝屁了，所以要省钱把量子态挤进现有光纤传送也不现实。但西北大学科学家们不信这个邪，这就是他们这次的大招大突破了：他们把经典通信的400 Gbps洪荒数据流和量子隐形传态的娇滴滴信号，一股脑儿塞到同一根30.2公里的光纤里，还保证了量子态的高保真传输。绝绝子，这就是双核驱动的“牛魔王”吗？他们的实验数据更是爆表：400 Gbps的经典数据流，不仅跑得顺畅，还能继续往上加功率，几乎“拉满”都不带卡顿的。量子隐形传态呢？也没因为“邻座太吵”而崩溃，依然稳稳保持着高保真度，让人直呼“爷青回”！这就好比给瓷娃娃找到了“终极护身符”，让它和“大力士”同台竞技还相安无事，关键是还干得漂亮。懂的朋友可能就要问了，拉曼散射（SpRS）的噪声是永远无法完全避免的，在这么吵的环境里，量子态信号居然还能不被怼趴下，这是天降神兵护花，还是用了什么魔法？科学可不讲什么神啊魔的，科学家们用了三招来暗度陈仓，让它们可以在一条道上相安无事：一是错峰分流，把量子态信号放在O波段（1290 nm），和C波段（1547 nm）的经典信号隔着一定的频率距离。就像早晚高峰错峰出行，每个波段各走各的车道，最大程度削减相互的干扰。二是一夫当关，给量子态信号通道配了火力全开的“过滤网”窄带滤波器，让乱七八糟的噪声“有来无回”。这感觉就像在繁华的闹市区安了个“隔音门”，只让想要的声音进来，不速之客嘛，扫地出门。三是门禁识别，光过滤还是可能有人混进来，科学家们干脆搞了门禁识别，多光子关联检测，只有“白名单”上的才是真正的的“量子队伍”的放进来。有点像从前我们玩的“对暗号”，天王盖地虎，宝塔镇河妖，只有对上口令的人才可入场。具体来说，研究人员构建了一个三节点量子隐形传态系统，利用一根总长30.2公里的光纤，同时传输高功率的400 Gbps经典通信信号和量子态信号。在这个系统中，Alice节点发送一个编码了量子态的单光子，而Bob节点生成一对纠缠的贝尔态光子，其中一个光子与400 Gbps的经典信号一同通过光纤传输到中点Charlie节点。在距离各端15公里的中点，Charlie节点对Alice的单光子和Bob传来的纠缠光子进行贝尔态测量。结果令人振奋，在不影响经典通信传输的情况下，研究团队成功地将Alice的量子态传输到了Bob的目标光子，测得的平均保真度高达89.9%，显著高于仅依赖经典物理方法的界限（约为67%）。这一成果证明了在高功率经典信号环境下，非经典隐形传态是可行的。简单来说就是，这项技术的突破为未来的量子互联网铺平了道路。通过在现有的光纤基础设施中集成量子网络，科学家们无需大规模更换或新增光纤，便能大幅降低量子网络的部署成本，加快量子技术的普及与应用。当然，我们也不应对这项突破过分乐观，因为量子计算机、量子互联网现在都还在研发初期，目前实现的也只是单光子量子隐形传态与经典信号的同缆传送，研究人员下一步准备进行两对纠缠光子更长距离的纠缠交换，实现分布式量子应用的另一个里程碑。这将进一步推动量子中继、量子重复器和网络化量子计算机的发展，使量子互联网真正走向实用化。总之就是，如果量子互联网是写八字的话，现在才提起笔让笔尖落在了纸上，离写完还有极为漫长的距离，需要克服无数的技术困难和障碍。参考文献： Thomas, J. M., et al. (2024). Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 11(12), 1700-1708.

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