Only Perception: 中科學家：可在嚴重瑕疵網路上進行量子通訊

2007-12-16

中科學家：可在嚴重瑕疵網路上進行量子通訊

Quantum Communication Over Flawed Networks may be Possible
http://www.physorg.com/news116842876.html

December 14, 2007

若實作成功，量子通訊將會是一種非常安全的資訊傳輸方法 -- 不過仍有幾處障礙需要通過。最近，物理學家提出一種方法，至少是在理論上，來克服某些最頭大的問題：經由「現實生活」中具有嚴重瑕疵（例如滲漏、距離超過 10 公里以上）的網路進行量子通訊。

所有會減緩量子通訊進展的因素，都與量子通訊的基礎有關，一種稱為「量子糾結（quantum entanglement，量子糾纏）」的現象。當二個量子資訊載體，例如光子，能意識到另一個的存在，並知道每個其他的特定量子態時（儘管先前未曾交互作用過，且在物理上分離）量子糾結就會發生。這是奇怪、神祕的量子物理世界中一個奇特的效應。

現在，光子通道，例如光纖纜線，是量子通訊唯一實際可行的選擇。然而，在位於二處遙遠地點的光子間創造高精確度的量子糾結，其困難度會以指數方式增加，當二者之間的距離愈遠，愈會嚴重妨礙量子通訊的現實實作。將範圍延展至實用的距離仍是一個很高等級的挑戰。

不過，如同他們最近在 Physical Review A 一篇論文當中所討論的，來自於中國南京大學的物理學家提出一種量子通訊網路，經由它在很長一段距離上產生糾結態，在概念上是有可能的。

他們所提出的基本網路是經由傳送節點與接收節點耦合在一個量子通道（例如光纖網路）所構成，那包含一個光循環器（optical circulator）、一個光纖元件，那允許訊號在光纖中同時往二方向行進。

在傳送與接收節點中是一個在微共振腔（microcavity）當中的量子點（同常是一小簇原子，其行為在量子意義上等同於單一原子）。每個量子點可有 1-3 種量子態：基態（ground state）、激態（excited state）與中間態（intermediate state）。每一種狀態都是種 qubit（quantum bit，量子位元），一種最基本的量子資訊，如同 0 與 1 如何形成電腦儲存上的 bit（位元）。

這些 qubits 是不動的（stationary）。該方案亦包含一個「flying qubit（飛行量子位元）」，一個可移動的量子資訊，在它們之間穿梭。

在此例中的 flying qubit，是具有特定形狀的一道光脈衝。這道脈衝作用如同一位中間人，最初與傳送節點形成糾結，但最後會與接收節點交換糾結態，也因此讓傳送與接收端的 qubits 糾結在一起。

此方案，當其參數恰當地、小心翼翼地經過調整後（tweaked），避免了其他已提議方案中會出現的某些問題，而且，這些科學家表示，所產生的保真度（fidelities）幾乎完美。

※ 相關報導：

＊ Quantum communication in a network with serious imperfections
http://link.aps.org/abstract/PRA/v76/e052302