光纖中量子隱形傳態與經典通訊並存，為量子網路鋪路

美國西北大學的研究人員成功在一條長達30.2公里、承載400-Gbps C波段經典通訊流量的光纖上，實現了量子態的傳輸。量子網路與傳統網路若能在同一光纖中運作，將極大有助於量子網路技術的大規模部署。

Thomas等人展示了在一條30.2公里、布滿高功率400-Gbps傳統資料流量的光纖上，完成量子態隱形傳態。透過各種抑制受激拉曼散射（SpRS）噪聲的方法，在維持高保真度量子傳輸的同時，還能保持足以傳輸數十Tbps總資料速率的經典功率。（圖片出處：Thomas等人，doi: 10.1364/OPTICA.540362）

網際網路所依賴的光纖基礎設施和電信技術，受到了眾多研究人員的青睞，他們希望藉此開發量子網路，以實現量子增強加密、感測以及聯網量子計算等應用。

然而，現有的大多數光纖基礎設施都被傳統電信流量佔據，再加上租用或安裝新光纖的經濟成本考量，量子網路能否大規模實現，取決於能否在同一光纖中，讓量子訊號與高功率經典訊號同時傳播。

西北大學的Prem Kumar教授表示：「在光通訊中，所有訊號都會轉換成光。」

「傳統通訊的經典訊號通常由數百萬個光子組成，而量子資訊使用的是單個光子。」

Kumar教授及其同事找到了一種方法，能讓嬌弱的光子避開繁忙的「交通」。

Kumar教授稱：「這太令人興奮了，因為從沒有人認為這是可行的。」

「我們的研究為下一代量子和經典網路共享統一的光纖基礎設施指明瞭方向。」

「基本上，它為將量子通訊推向下一個階段開啟了大門。」

在深入研究光在光纖中的散射方式後，研究人員找到了一個「車流量」較少的光波長，用於放置他們的光子。

接著，他們新增了特殊濾波器，以降低常規網際網路流量產生的噪聲。

Kumar教授說：「我們仔細研究了光的散射方式，並將光子放置在散射機制最小的關鍵位置。」

「我們發現，即便存在同時執行的經典通道，也能進行量子通訊而不受幹擾。」

為了測試這一新方法，科學家們搭建了一條30.2公里長的光纖，在兩端各放置一個光子。

然後，他們同時透過這條光纖傳送量子資訊和常規網際網路流量。

最後，在中間位置進行量子測量以執行隱形傳態協議的同時，在接收端測量量子資訊的質量。

他們發現，即使網際網路流量繁忙，量子資訊仍能成功傳輸。

接下來，研究團隊計劃在更長距離上拓展實驗。

他們還打算使用兩對糾纏光子，展示糾纏交換，這是邁向分散式量子應用的另一個重要里程碑。

最後，他們正在探索在現實世界的地下光纜而非實驗室線軸上進行實驗的可能性。

Kumar教授表示：「量子隱形傳態有能力在地理上相隔遙遠的節點之間安全地提供量子連線。」

「但長期以來，很多人都認為，不會有人為了傳送光子而建造專用的基礎設施。」

「如果我們恰當選擇波長，就無需建造新的基礎設施。經典通訊和量子通訊可以共存。」

該團隊的論文字月發表在《Optica》期刊上。

論文出處：Jordan M. Thomas等人，2024年，《光纖中量子隱形傳態與經典通訊共存》，《Optica》11(12)：1700 - 1707；doi: 10.1364/OPTICA.540362

本文改編自美國西北大學的一篇原始新聞稿。