光纖量子通信迎來新突破,中非兩國科學家提出未來網絡安全新方案

原標題:光纖量子通信迎來新突破,中非兩國科學家提出未來網絡安全新方案

鈦媒體快訊 | 1月26日消息,近日,南非約翰內斯堡的金山大學(WITS)物理學院安德魯·福布斯(Andrew Forbes)教授和他的團隊,以及中國武漢的華中科技大學光電子科學與工程學院王?。↗ian Wang)帶領的團隊共同提出,全球量子網絡需要長距離分布糾纏態,可以通過一條傳統的光纖鏈路,就能實現多維糾纏傳輸模式的新方法,這將有助于在傳統網絡中跨傳統光纖進行部署。該項研究成果于1月25日登在了知名科學期刊《Science Advances》(科學進步)上。

該論文的通訊作者 Forbes 教授在接受鈦媒體采訪時表示,新的研究成果是一項為大眾造福的光纖量子通訊技術,將現有的量子通信與偏振光子的優勢,以及利用光模式進行的高維通信的優勢結合在一起,對網絡安全以及數據傳輸領域有著非常重要的作用。

“普通人總是想要更好的通信系統,更快地下載他們喜愛的電影和社交媒體。但如今,我們也開始認識到信息安全的重要性。這項研究成果,通過光纖量子數據傳輸新方式,使數據更加安全,不管哪個國家有什么樣的技術,我們的工作是建立一個基本安全的量子網絡形態,而這項研究成果是其中重要的一步?!盕orbes 對鈦媒體表示。

更為重要的是,Forbes 在與鈦媒體采訪時提及,該研究成果或將在未來通過金磚國家發展合作機制,進行更密切的深度合作。中非兩國強強聯合,抵抗網絡安全危機,意義深遠而重大。

一項打破技術瓶頸的量子通信研究

2019年,量子在人類科技進步中書寫了濃墨重彩的一筆。谷歌的實驗證明了“量子優越性”,揭示量子計算具有超越經典超級計算機的計算能力;量子物理學打破了規則,允許熱量穿過真空,讓我們真切感受到量子維度上的波動效應等等。

事實上,量子力學也在不斷影響著我們生活,其構建起非常精確的原子鐘,使 GPS 衛星全球定位、導航等技術成為可能??梢赃@樣說,量子技術正逐漸走進千家萬戶當中,成為未來科學發展的一部分。

而在本篇論文,講的是基于糾纏態的量子通信話題。量子通信是量子網絡當中最為關鍵的一部分,融合了現代物理學和光通信技術研究的成果,由物理學基本原理來保證密鑰分配過程的無條件安全性。量子密鑰分發(QKD)根據所利用量子狀態特性的不同,可以分為基于測量和基于糾纏態兩種。

而本論文提到的“基于糾纏態的量子通信”,就是其中之一,即兩個經過耦合的微觀粒子,在一個粒子狀態被測量時,同時會得到另一個粒子的狀態。

簡單來說,量子通信就是提供無條件安全量子網絡的通信方式。

按照該論文的說法,當前的通信系統非???,但是從根本上來說,這并不是絕對安全的。而 Forbes 和王健團隊的科研人員,希望打破目前的技術瓶頸,不再利用定制化的光纖電纜,通過傳統單模光纖方式,實現高維編碼,即多維糾纏傳輸模式,讓通信更安全。

兩個光子糾纏在一起,本圖主要體現在單模光纖上,可以實現多維糾纏傳輸。(來源:科學進步論文)

Forbes 表示,這篇論文的新穎之處在于,其展示了傳統單模光纖中的多維糾纏傳輸,很好的平衡了網絡兼容性和通信安全性。以兩個自由度扭曲、偏振被扭曲以形成螺旋光,圖案也是如此,用于量子通信領域實踐當中。事實上,他們還在論文當中還展示了在 250m 的單模光纖上的多維糾纏態的轉移,表明可以實現無數個二維子空間。

Forbes 告訴鈦媒體,接下來,他們還將做更多的測試,并且需要做 100 公里以上的測試環境,希望嘗試開發新的量子協議等等。

關于中非兩國科研人員在本研究當中的分工,Forbes 對鈦媒體表示,王健的團隊帶來更好的光纖專業知識,而 Forbes 團隊擁有量子方面的專業研究,兩者屬于強強聯合,希望實現未來量子網絡的新范例。

(本文首發鈦媒體,作者 | 林志佳,編輯 | 趙宇航)

論文作者介紹

王健

本篇論文的通訊作者之一是華中科技大學、武漢光電國家實驗室的王健教授,1981 年 7 月生,其畢業于華中科技大學的光電子科學與工程學院,之后一直擔任該專業的副教授、博士生導師等,他還是美國南加州大學博士后,王健教授還有一個職位,是華中科技大學光電子器件與集成功能實驗室的主任助理。王健教授作為第一項目負責人曾榮獲國家優秀青年科學基金、教育部“新世紀優秀人才支持計劃”等獎項。

王健教授的研究領域主要包括:(1)微納光電子器件與集成(硅基光波導、鈮酸鋰光波導、微環諧振器、光子晶體光波導、表面等離子體波導、石墨烯、超材料等)、(2)先進高速光通信技術(模分復用和空分復用相干光通信、軌道角動量光通信等),(3)先進高速光信號處理技術(波長轉換、光開關、光邏輯、碼型轉換、信息交換等)

通訊作者安德魯·福布斯

本篇論文另一位通訊作者是南非約翰內斯堡的金山大學(WITS)物理學院結構光實驗室的安德魯·福布斯(Andrew Forbes)教授,其在 1998 年獲得了納塔爾大學(南非)的博士學位,2015 年 3 月,安德魯(Andrew)以杰出教授的身份加入威特沃特斯蘭德大學(又被稱為金山大學,U. Witwatersrand),并在此建立了結構光實驗室。另外,Forbes 還是《光學與光學快報》雜志的編輯委員會成員,南非著名的物理學家。他和學生曾在 2015 年獲得 NSTF Photonics 獎項。本論文的共同第一作者 Isaac Nape 和 Jun Lui 都是他的學生。

論文地址:

https://advances.sciencemag.org/content/6/4/eaay0837

參考來源:

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