适合量子计算时代的光纤

英国巴斯大学的物理学家开发出新一代特种光纤，以应对未来量子计算时代预计出现的数据传输挑战。

量子技术有望提供无与伦比的计算能力，使我们能够解决复杂的逻辑问题，开发新的药物，并为安全通信提供牢不可破的加密技术。然而，目前用于在全球范围内传输信息的电缆网络很可能不是量子通信的最佳选择，这是因为它们的光纤是实心的。

与普通光纤不同，巴斯公司制造的特种光纤具有微结构纤芯，由贯穿光纤全长的复杂气孔图案组成。

“传统光纤是当今电信网络的主力，其传输光的波长完全受硅玻璃损耗的影响。然而，这些波长与光量子技术所需的单光子源、量子比特和有源光学元件的工作波长不兼容，"巴斯大学物理系的克里斯蒂娜-鲁西莫娃博士说。

Rusimova 博士和她的同事们在发表于《应用物理通讯量子版》（Applied Physics Letters Quantum）的一篇学术论文中介绍了巴斯制造的最先进光纤，以及新兴量子计算领域的其他最新和未来发展。

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论文的主要资深作者 Rusimova 博士补充说：“光纤设计和制造是巴斯大学物理系研究的最前沿，我们以量子计算机为中心开发的光纤为未来的数据传输需求奠定了基础。”

量子纠缠

光是一种很有前途的量子计算介质。被称为光子的单个光粒子具有一些独特的量子特性，可以被量子技术所利用。

其中一个例子就是量子纠缠，在量子纠缠中，相隔很远的两个光子不仅掌握着彼此的信息，还能瞬间影响对方的属性。与经典计算机的二进制位（要么是 1，要么是 0）不同，纠缠光子对实际上可以同时作为 1 和 0 存在，从而释放出巨大的计算能力。

Cameron McGarry博士是巴斯大学的物理学家，也是这篇论文的第一作者，他说：“量子互联网是实现这种新兴量子技术巨大前景的一个基本要素。与现有的互联网一样，量子互联网将依靠光纤在节点与节点之间传递信息。这些光纤很可能与目前使用的光纤截然不同，需要不同的支持技术才能发挥作用。”

在他们的观点中，研究人员从光纤技术的角度讨论了量子互联网的相关挑战，并提出了一系列潜在的解决方案，以实现一个强大的、大范围的量子网络的可扩展性。

这既包括用于远距离通信的光纤，也包括可直接集成到网络中的量子中继器的特种光纤，以便延长这项技术的运行距离。

超越连接节点

他们还介绍了特种光纤如何通过充当纠缠单光子源、量子波长转换器、低损耗开关或量子存储器的容器，超越连接网络节点的范围，在节点本身实现量子计算。

麦加里博士说：“与标准的电信光纤不同，巴斯公司常规制造的特种光纤具有微结构纤芯，由沿光纤全长分布的复杂气穴图案组成。这些气孔的图案使研究人员能够操纵光纤内光的特性，并产生纠缠的光子对，改变光子的颜色，甚至在光纤内捕获单个原子。”

物理系博士后研究员 Kerrianne Harrington 博士说："世界各地的研究人员正在以工业界感兴趣的方式，在微结构光纤的功能方面取得快速而令人兴奋的进步。我们的观点描述了这些新型光纤令人兴奋的进步，以及它们如何有利于未来的量子技术。”

巴斯的EPSRC量子职业加速研究员亚历克斯-戴维斯博士补充说：“正是由于光纤能够紧密束缚光线并将其长距离传输，才使得它们大有用武之地。除了产生纠缠光子，这还能让我们产生更奇特的光量子态，应用于量子计算、精密传感和坚不可摧的信息加密。”

量子优势--量子设备比传统计算机更高效地执行任务的能力--尚未得到最终证实。视角中确定的技术挑战有可能为量子研究开辟新的途径，使我们更接近实现这一重要的里程碑。巴斯制造的光纤有望为未来的量子计算机奠定基础。

巴斯的研究团队还包括高级讲师彼得-莫斯利博士。

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