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纠缠提升数据传输

08 Feb 2017
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一片新的叶子:橡木岭徽标以87%的保真度传输。 (礼貌:Brian Williams 等等.//phys。 rev. lett。)

使用普通光纤通过称为超义编码的量子机械技术提高了通过普通光纤的数据传输效率。与传统传输相比,美国的物理学家已经表明,与传统传输相比,它们的能力几乎是光纤链路的容量 - 而研究人员则表示他们的工作可能会增加互联网可以处理多少数据。

SuperDense编码利用纠缠的现象来加倍,至少原则上是信息渠道的能力。发送频道的单个二进制比特通常可以编码两个可能的值 - 0或1.但是单个量子位或qubit,其与第二个qubit缠结的速度有一些距离可以替代地编码四个可能的值。这是因为即使空间分离的两个颗粒彼此强烈地相关,也有效地用作单个实体。因此,传输的总信息等同于两个古典比特的总信息。

首先在1996年通过实验展示,SuperDense Coding涉及两人 - 通常称为Alice和Bob - 共享一对具有它们偏振的光子。然后,Alice然后在她的光子,她的量子状态的一部分上操作,制备与鲍勃共同保持的四种量子状态中的一个。当Bob接收Alice的光子时,他保持完整状态,他可以确定使用完整的铃声状态测量来确定四种状态中的哪一个。

臭名昭着

然而,这些“钟声测量”难以理解。通常,鲍勃最多只能制成他试图区分的四种可能的两个状态。随着剩下的两个被认为是不明的,他有效地有三个可能的三个价值。这意味着信道的最大容量为约1.59位,而不是理论上可能的两位。

解决此方法的一种方法是使用“hyperentanglement”,这涉及使用两度自由,而不是一个自由缠结粒子对。这允许鲍勃区分所有四种可能的输出。这是由伊利诺伊大学的研究人员在美国厄巴纳·香槟的研究人员展示,他们在旋转和轨道角动量的同时使用的光子对。他们实现了每个通道1.63位的记录。

伊利诺伊州团队通过自由空间烧制激光束进行实验。指出,大气湍流迅速破坏了光子'轨道角动量状态,他们得出结论,他们的设置可能仅适用于卫星之间的数据传输。

特殊干涉仪

相比之下,最新的工作表明,跨基于光纤的通信网络使用的超义编码的潜力。 Travis Humble, Brian Williams Ronald Sadlier 田纳西州橡树岭国家实验室使用了专门设计的干涉仪来缠绕了到达时间,以及两对光子的偏振。通过这种方式,它们显示它们可以使用标准光子探测器来提高2米长的标准光纤电缆的信道容量,以执行测量。他们报告了每渠道1.67位的新记录,通过发送3.4千字节的橡木叶 - 他们的实验室标志 - 具有87%的保真度(见图),展示了他们的方法的可行性。

“我们的演示很高兴是我们能够利用现成的设备,”威廉姆斯说。至于以前记录的相对较小的收益,他解释说,能力越高,提高该容量越难。 “人们可以跑四分钟的英里,但没有人会跑3分钟的英里,”他通过类比说。

用于在纤维上使用SuperDense编码的有用实现的显着突破
圣地亚哥加州大学朱利奥贝雷罗

Julio Barreiro 在加利福尼亚大学,圣地亚哥是2008年伊利诺伊州队的一部分,将早期的研究视为“原则上的原则示范”。相比之下,他说,最新结果构成了“用于在纤维上进行超级义的突破性的显着突破”。

谦卑说,该研究原则上可能会增加互联网的大量争吵的带宽。但他指出,克服具有重要的技术挑战,包括超级编码需要比今天的光纤网络中使用的功率水平更低的事实,以限制信道噪声。低功率水平显着提高部署成本,使得量子技术不太可能用于主流数据传输。

独立量子网络

相反,谦卑认为,当涉及到专业应用(如世界各地的原子钟或设置高性能计算网络)等专业应用时,独立量子网络可以证明成本效益。他补充说,他的团队合作组织,美国陆军研究实验室计划在未来三年内建立独立的量子网络。

研究描述了 物理评论信.

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者