研究人员发现了提高量子互联网效率的关键

科学家开发了一种新模型，可以解释光子效率在更高波长下的变化，为更高效的量子互联网铺平了道路。

探索光子作为信息载体效率的材料科学家开发了一个模型，解释了这些光粒子的效率在更高波长下是如何变化的。他们的发现可能会对一项备受期待的技术突破的发展产生重大影响：量子通信网络。

今天的光纤能够以最小的损耗在用于电信的波长上传输光子（单个光粒子）。在量子系统中，光子的作用就像经典计算机中的比特。

光和互联网有什么关系？

量子互联网目前还不存在，但预计它将类似于一个以量子比特或量子位传输信息的量子计算机网络。这些量子比特是处于量子态的粒子，允许它们包含更多的信息，而不仅仅是0或1的值，就像经典的计算机比特一样。

量子互联网的功能与你现在通过浏览器访问的互联网没有太大区别。但这种假定的技术应该允许信息被加密，其安全性要比今天互联网上的信息高得多，并将利用量子力学的规则来实现这一目标。

研究人员发现了什么？

在他们上个月发表在《APL photonics》上的新论文中，物理学家提出了一个模型，该模型概述了一种单光子发射器中电子-光子耦合的作用。他们的工作提出了提高这些光子发射器效率的方法。

加州大学圣巴巴拉分校的材料科学家、该论文的合著者克里斯·范·德·瓦尔（Chris Van de Walle）在一份大学新闻稿中说：“原子不断振动，这些振动会消耗光发射器的能量。因此，缺陷可能导致原子振动，而不是发射光子，从而降低了发光效率。”

研究小组指出，他们不相信“传说中的”单光子发射器已经被发现，但他们相信它的传输能量约为1.5电子伏特。

该团队写道：“鉴于在更短的波长下可以实现更高的效率，我们建议，如果光纤传输需要电信波长，那么应该考虑量子频率转换和直接产生。”

加州大学圣巴巴拉分校的研究员、该项目的首席研究员马克·图里安斯基（Mark Turiansky）在同一份新闻稿中说：“仔细选择宿主材料，并对振动特性进行原子级工程设计，是克服低效率的两种有希望的方法。”

该团队写道，另一种处理低效率的方法是与光子腔耦合，正如另一个团队在IEEE上所说的那样，这种工具可以用来“打开电磁波传播被禁止的频带，而不管其在空间中的传播方向如何”。

我们离量子互联网还有很长的路要走，但它的基础工作是过去十年的一个项目。2020年初，美国能源部发布了“建设全国量子互联网”的蓝图，除了安全的量子公报外，还可以提升量子计算水平，并帮助现有的传感器网络。

实际上，今天材料和计算机科学的基础研究正在为一种全新的通信奠定基础。

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