美媒:研究人员首次在城市环境演示量子通信

2017/10/12 23:19:11

编辑:李莉

     

      新华社北京10月12日电 美媒称,研究人员首次演示了在现实城市环境下利用高维量子密码术以安全的方式发送信息的过程。

      据美国趣味科学网站10月10日报道,根据最近开展的一项研究,每个光粒子包含不只一个比特信息的量子加密信息首次在现实城市中在两个建筑物之间的空气中实现传递。这次演示可能会简化量子通信过程,让它未来变得更加切实可行。

      科学家此前在实验室环境下进行的演示表明,一个光粒子(即光子)可以将多个比特的信息进行编码。但此前从未在现实环境下进行过此类试验的演示。

      研究报告的第一作者、加拿大渥太华大学助理教授易卜拉欣·卡里米说:“在此之前,人们的量子通信方式是这样的,他们要么发送0,要么发送1:一个比特的信息。”

      卡里米对本网站说:“问题在于,对于每一个字母而言,需要发送8个信号——8个0或1。这非常麻烦。如果丢失一个信号,就会丢失整个字母,结果就是丢失整条信息。”

      卡里米说,因此将信息以多维方式编进像光子这样的量子态粒子会显著简化整个过程。

      他说:“我不是发送许多光子或许多电子信号,而是向你发出一个包含一批信息的脉冲。这令人惊叹。这是我们所说的超密集编码。”

      研究结果显示,卡里米及其领导的研究小组所测试的方法可以让传递信息所需的光子数量减少50%。

      在测试中,卡里米及其团队成功地在渥太华大学两栋相隔300米的建筑物之间发出了包含两个比特信息的光子。

      卡里米说,使用高维编码还能提高安全性,让量子通信渠道更能对抗来自天气或其他外部影响因素的“噪音”。

      卡里米说:“在一维量子通信中,如果噪音达到(信号的)11%,通信渠道就不再安全。不过,如果是四维的量子通信,这一极限值会提高到19%。”

      研究人员现在打算尝试在最远达5.6公里的距离内发送和接收高维量子加密信息,以便能够让这一技术应用到城市环境中。不过,还存在一些需要克服的重大挑战。

      卡里米说:“最大的难题是光在大气中传播时遇到的扰动。我们在试验中发送了一个光子,因此这的确是非常困难的。你需要以某种角度来发送这个光子,然后使用一种配备精密电子设备的望远镜。”

      研究人员使用了意大利那不勒斯“费代里科二世”大学的科学家研发的设备,这种设备过去曾在实验室内接受过测试。出于测试的需要,研究人员搭建了顶棚,以防设备受到天气的影响。

      研究人员说,该技术有朝一日或可成为全球量子通信系统的一部分,该系统将包括地面网络及卫星。