新的量子通信技术使用“远距离诡异动作”发送信息

前博士后研究员奥黛丽·比恩菲特（Audrey Bienfait）是该团队的成员之一，该团队首次纠缠了两个声子-声音的量子粒子-为潜在的新技术打开了大门。

量子通信是通过粒子（通常是纠缠的光子）发送信息的地方，它有可能成为最终的安全通信通道。窃听量子通信几乎几乎是不可能的，那些尝试的人也将留下他们轻率行为的证据。

“我们通过一米长的电缆传输信息，而没有发送任何光子来做到这一点，这是一个非常诡异的成就。”-安德鲁·克莱兰德教授

但是，通过光子在传统通道（例如光纤线路）上通过光子发送量子信息是很困难的：携带信息的光子经常被破坏或丢失，使信号变得微弱或不连贯。通常，必须多次发送一条消息，以确保它能够通过。

在一篇新论文中，芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）的科学家展示了一种新的量子通信技术，该技术完全绕开了这些通道。通过将两个通信节点与一个通道链接，他们证明了这种新技术可以在节点之间以量子力学的方式发送信息，而无需占用链接通道。

这项由安德鲁·克莱兰德教授领导的研究于6月17日发表在《物理评论快报》上，该研究利用了两个节点之间纠缠的怪异量子现象，显示了量子通信未来的潜在新方向。

这项研究与最近发表的第二篇论文相结合，克莱兰德的研究小组首次将两个声子（声音的量子粒子）纠缠在一起，为潜在的新技术打开了大门。

克莱兰德，普利兹克分子工程学院的分子工程学教授，阿贡国家实验室的资深科学家克莱兰德说：“这两篇论文都代表了一种探索量子技术的新方法。”“我们对这些结果可能对量子通信和固态量子系统的未来感到兴奋。”

幽灵般的量子通信

纠缠的光子和声子无视直觉：这些粒子可以被量子力学纠缠，这种纠缠可以长距离存在。然后一个粒子的变化会怪异地引起另一个粒子的变化。量子通信通过在粒子中编码信息来利用这种现象。

克莱兰德想找到一种发送量子信息而又不会在传输中丢失的方法。他和他的团队，包括PME研究生Chang Hung-Shen Chang，开发了一种系统，该系统使用微波光子（与手机中使用的光子相同）通过微波电缆纠缠两个通信节点。在此实验中，他们使用了长度约一米的微波电缆。通过以受控方式打开和关闭系统，它们可以使两个节点发生量子纠缠并在它们之间发送信息，而不必通过电缆发送光子。

“这两篇论文都代表了一种探索量子技术的新方法。”-安德鲁·克莱兰德教授

克莱兰德说：“我们通过一米长的电缆传输信息，而没有发送任何光子来做到这一点，这是一个非常诡异和不寻常的成就，”克莱兰德说。“原则上，这也将在更长的距离上起作用。这将比通过光纤通道发送光子的系统更快，更高效。”

尽管该系统有局限性-必须将其保持在非常冷的状态，在比绝对零值高出几度的温度下-它可能在室温下使用原子而不是光子来工作。但是克莱兰德的系统提供了更多的控制权，他和他的团队正在进行实验，将多个光子纠缠在一起，从而形成更加复杂的状态。

用相同的技术缠住声子

但是，纠缠的粒子不仅限于光子或原子。在6月12日发表在《 Physical Review X》上的第二篇论文中，克莱兰德和他的团队有史以来第一次纠缠了两个声子-声音的量子粒子。

使用类似于光子量子通信系统的与声子通信的系统，包括前博士后研究员奥黛丽·比恩费特（Audrey Bienfait）在内的团队纠缠了两个微波声子（它们的音高比人耳所能听到的高大约一百万倍）。

一旦声子纠缠在一起，研究团队就将其中一个声子用作“先驱”，这将影响他们的量子系统如何使用另一个声子。该先驱使团队能够进行所谓的“量子橡皮擦”实验，该实验中，即使在测量完成后，也会从测量中擦除信息。

尽管声子相对于光子有很多缺点（例如，它们倾向于寿命较短），但它们与许多可能与光子没有强相互作用的固态量子系统发生了强烈的相互作用。声子可以提供一种更好的方式耦合到这些系统

克莱兰德说：“它为量子系统提供了一个新的窗口，这可能与同样使用机械运动的引力波探测器在宇宙上开启新望远镜的方式相似。”

这两篇论文的其他作者都包括Y.P.钟明慧周，C.R.Conner，E.Dumur，J.Grebel和R.G.芝加哥大学的Povey和G.A.Peairs和K.J.加州大学圣塔芭芭拉分校的Satzinger。

参考：

Y.P. A. Bienfait，“使用可调耗散的量子通信系统通过绝热通道进行的远程纠缠”钟世勋Chang M.-H.周，C.R. Conner，É。Dumur，J.Grebel，G.A。 Peairs，R.G.鲍维（K.J.萨辛格和A.N.克莱兰德（Cleland），2020年6月12日，《体检信》。
10.1103 / PhysRevLett.124.240502

Y.P. A. Bienfait撰写的“使用纠缠的表面声子进行量子擦除”钟世勋Chang M.-H.周，C.R. Conner，É。Dumur，J.Grebel，G.A。 Peairs，R.G.鲍维（K.J.萨辛格和A.N.克莱兰德（Cleland），2020年6月12日，实物评论X.DOI：
10.1103 / PhysRevX.10.021055

资金：空军科学研究所，国家科学基金会，陆军研究实验室，能源部。