【今日頭條】群雄逐鹿 量子晶片的大亂戰時代正式開啟

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  澳大利亞格裡菲斯大學量子動力學中心找到了一種新方法,以在實驗室環境之外的普通條件下觀察光粒子是否存在「幽靈超距效應(Spooky Action At A Distance)」。如果存在,「幽靈超距效應」將可幫助檢測黑客攻擊,從而顯著提升互聯網安全性、數據安全性以及隱私性,在做到超級安全的量子通訊道路上更進一步。

  什麼是「幽靈超距效應」?

  量子力學的創始人之一、著名物理學家——愛因斯坦曾提出了一套飽受爭議的量子物理理論,通過對目標物體的單純感知——在沒有任何形式的接觸的情況下——向其傳遞能量,這意味著兩個互不連接的對象之間同樣可以存在交互,即量子糾纏粒子之間的瞬時效應。愛因斯坦將這一現象總結為「幽靈超距效應」,但又認為量子糾纏理論有所缺失,不夠完善,最終愛因斯坦認為這種「幽靈遠距效應」並不存在。

  這項理論如何改善網路安全性?

  科學家們一直在研究超距光子對之間的量子糾纏現象,量子糾纏在本質上可以做到網路的絕對安全,但光子在高速傳輸過程中發生的光吸收和散射有可能造成信息丟失,威脅網路安全。距離越遠,被散射得光子也越多;這些光子極易受到攔截,意味著其承載的數據有可能被黑客解碼。澳大利亞格裡菲斯大學量子動力學中心此次研究證實了量子隱形傳態能夠解決這一問題。

  團隊首席專家傑夫-普賴德教授在一份聲明中表示,「隨著量子通道長度的增加,能夠成功通過鏈接的光子數量會變得更少,這是因為不存在任何完全透明的材料,意味著吸收與散射必然引發光子損失。」

  而量子非定域性——即彼此互連的兩套量子系統(計算機)——被視為一種能夠保障兩台計算機之間數據安全傳輸的整體機制。過程包括檢查發送及接收的數據,從而確定信息是否到達目的地。

  數據傳輸系統利用兩個「糾纏態」光子做到兩個位置之間的信息傳輸。這對光子處於「糾纏狀態」,這意味著兩個異地(糾纏)光子間確實會發生相互作用,因此測量其中一個即可獲知與其配對的另一光子的性質。但無法解釋為什麼通過光纖通道傳輸光子時,會因吸收或散射損失光子,它只能表明信息的成功傳遞,而真正的問題在於信息傳遞是否安全?

  如果科學家們能夠在數據丟失的時候進行糾纏態測試,就能夠很容易地判斷兩點之間的信息是否存在差別,光子是否已經丟失。然而這絕不是項輕鬆的任務。科學界長久以來一直在努力尋找一種能夠在光子損耗時測試糾纏態的方法。

  量子隱形傳態的方法

  為了測試糾纏態光子,該研究小組提出了一種名為量子隱形傳態的方法,旨在幫助其研究量子糾纏現象,且此法適用於高損耗系統。

  研究論文第一作者摩根·韋斯頓博士解釋稱,該研究小組選擇了一些在高損耗隧道中存留下來但卻因散射而未能抵達目的地的光子。這些光子被「傳送」至另一清潔且高效的量子通訊通道當中,並在這裡進行常規量子轉向測試以確定早期系統出現損耗狀況時各光子間的交互或糾纏作用。

  韋斯頓指出:「在這裡,我們的量子轉向測試將能夠順利完成。我們的方案還記錄下一項額外信號,從而讓我們了解光粒子是否真正通過了傳輸通道。這意味著即使在損耗率極高的情況下,我們也能夠預先排除不成功的分配事件,並安全完成信息傳輸。」

  在傳送過程中,研究人員需要使用單獨的高質量光子對。他們必須以極高的效率生成這些額外的光子對,並進行檢測,當研究人員發現長距離傳輸線路出現損耗時,進行補償。而將其放置在一套理想化的系統當中,有助於科研人員研究量子糾纏效應。

利用這種方法,該研究小組得以在長度約80公里的通信光纖內測試光子吸收情況。這項研究結果發表在1月5日的《科學進展》雜誌當中。