“大声”的光可以为更光明的量子未来提供动力 2018-08-12 11:02:01

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我们在我们身边看到的所有光都来自于被称为光子的能量块

除了光线之外,光子可用于携带和处理信息,它们的量子特性使得安全通信,超快速量子计算和更多为了开发这些新技术及其背后的科学,我们需要学习以新的和强大的方式操纵单光子量子态与昆士兰大学和中国科学技术大学的合作者,我在格里菲斯的研究小组大学已经做到了这一点我们已经通过实验证明了在单个光子中编码的信息的无噪声放大已经遭受损失我们的结果发表在周日的自然物理学中放大器在现代技术中无处不在它们被用来扩大歌手的声音在音乐会和促进互联网的长距离数据传输现代放大器几乎只是工作,信号c几乎所有时间都是晶莹剔透放大器输出信号中的任何缺陷主要是由于技术噪声 - 放大器中的东西不能正常工作但是通过精确的工程设计和大量的努力工作,这种技术噪声可以是实际上消除了只留下量子噪声 - 信号的不确定性,因为它的基本量子起源这个量子噪声通常比被放大的信号小得多,它可以被完全忽略,除非信号本身就是一个量子系统!近年来,科学家们一直致力于量子技术的发展 - 将使用量子世界的基本属性来超越最佳当前(或“经典”)技术的设备在所探索的许多方法中,编码信息的想法进入量子态 - 光子极化等性质的量子描述信息传输和光子处理有可能保证安全通信,并能够计算普通计算机无法实际解决的某些问题的解决方案 - 现在或将来让我们将通信任务视为一个例子为了安全起见,信息的每个量子比特(或量子比特)通常在单个光子中发送

海森堡的不确定性原则意味着如果窃听者试图测量信息,她会扰乱光子 - 量子版“你不能吃蛋糕然后吃它o“重点是预期的接收者可以检测入侵,或者如果不存在则确定性进行但是,至关重要的是,量子通信的范围目前受到光子损失的限制如果你在黑暗的房子周围照射手电筒,你我会注意到一些事情如果你还没有吸尘一段时间,你可能会看到光束从尘埃粒子散射的光线所在的位置如果你通过窗户照亮手电筒看谁的狗正在吠叫,一些光线从窗户反弹回来

在这两种情况下,并非所有的光线都能到达预定的目的地

通过大气层或光纤网络的光通信信号也遭受这种损失

对于单光子,损失像这样是毁灭性的,因为真的没有太多的光输!丢失单光子极大地限制了量子保护通信和其他量子科学任务的范围,这些任务需要光线传播很远的距离量子力学的有趣之处在于,当单个光子遇到损失时,我们不知道它是否会丢失,直到我们试图发现它就像着名的薛定谔猫的思想实验一样,盒子里的假想猫,因为量子物理学,同时存活和死亡事实上,量子物理学表明它是看起来的行为 - 打开盖子 - 这迫使人们对猫的命运做出“决定”现在,如果你是一个面对包含薛定谔猫的盒子的猫爱人,你可能希望在打开盒子之前让猫更有可能活着这意味着你需要对猫的量子状态做一些事情,而不需要看

这正是我们的光子放大器做的事情它放大了光子的可能性现在,没有学习光子量子态中携带的任何信息这个操作的秘诀是量子隐形传态的想法 “远程传送”这个词让我们想起了我们最喜欢的科幻小说,其中一些物质(通常是人)被移动了很长的距离而没有穿过它们之间的空间

在量子版本中,移动它并不重要,而是信息我们的量子比特放大器方案是将有损光子携带的信息传送到另一个光束,在那里它更可能存在光子在我们的实验中,这是基于日内瓦大学研究人员的想法,我们在光子中发出信号只有4%的时间出现在我们预期的时间(剩余部分丢失),并将其放大直到光子存在20%的预期时间在每种情况下,信息的质量保持在很高的程度原则上,它是可能放大到接近100%的光子存在,但这实际上需要改善用于为放大器供电的额外光子源的质量 - 这是澳大利亚的一个问题d国际研究人员继续稳步前进量子物理定律说你不能准确地复制一个未知的量子态,这个事实被称为“无克隆定理”因为这种想法,事实证明,量子比特放大器每次都无法工作 - 有时它试图传送信息但失败但是当它成功时它会发送一个单独的成功信号因此我们知道什么时候我们可以使用它的输出而什么时候我们不可能事实证明这足以使未来版本(具有更高的放大率)非常适用于各种量子通信任务,以及量子增强测量,以及对量子世界的其他奇怪和有用属性的科学探索也许在未来,量子比特放大器将是普遍的在量子技术方面,放大器属于当今的传统器件