全球量子通信：不再是虚构的东西？
无论是量子计算机还是量子密保系统都将成为盛行的技术，有了这些技术不使用存储器系统就能轻易而有效地操控量子信息。通过创建一种具有优等参数的原子存储器和一种极其简单的构架，最近华沙大学物理学院成功地推行了量子通信技术。
在物理实验室中经过几年的测试，第一种量子通信技术逐渐进入广泛的应用。一个例子就是量子密保系统，这是一种能够提供几近完全安全的数据传输的加密方法，这种技术现已被军方和银行机构引入使用。目前，量子信息的处理和长距离传输受到了存储不足的严重制约。一种解决办法即将到来：波兰华沙大学物理学院（FUW）制造出了一种拥有简单、可靠构架的全能原子存储器，其具有许多潜在的应用，这包括电通信。 Wojciech Wasilewski博士（FUW）说：“我们这种量子存储构架的最大的挑战是为能有效地保存、储存和读取量子信息，要精准地选择系统参数。我们还发现了一种可以降低侦测噪声的新方法。” 当代的光纤通信是一种通过激光在光缆中的传播实现经典信息传递的技术。随着传输距离的增加，衰减会使光缆中的光信号降弱。当使用比较长的光缆时，大约需要在每隔100km的位置上放置用于增加光子数量的激光放大器。这样就可以将由少量光子组成的弱信号转变成由较多光子组成的强信号。 而在量子通信技术中，单个的光子和光子的量子态才是最重要的。这里，信号放大器不简单是指增加光子的数量，而且要维持它们原有的未受干扰的量子态。很不幸，代价是量子信息不能被复制：做任何针对光子量子态的测量都将不可避免的影响到它们的原态。波兰物理学教授Wojciech Żurek也发现了量子的不可复制性，这给操控量子信息带来了基本的制约。 2001年，一个来自因斯布鲁克大学和哈佛大学的物理学家团队提出了一种DLCZ量子传输协议，促使远距离传送量子信息成为可能。在这一协议下，沿途到达每一中继点的量子信息必须就地储存足够长的时间以保证将其成功地传送到下一节点，这通过正常信号确认。因此，在这一协议中，可以保证量子信息储存足够长的时间的量子存储器就扮演着关键的角色。 “至今，量子存储器需要高度精密的实验设备和复杂的技术将系统冷却至温度接近绝对零度。我们制造的原子存储设备可以在更高的温度下运行，大致为几十摄氏度的范围，明显这很容易维持，”作为发表在著名的《光学快报》期刊的一篇论文的联合作者，物理学院的博士生Radek Chrapkiewicz指出。 这种存储设备的主要单元由华沙大学的物理学家们构建，是一种侧面涂有铷涂层、内部填充惰性气体的长度问为10cm、直径为2.5cm的玻璃管。当慢慢给这种管子加热时，铷向内填补，惰性气体会限制它的运动，这样就可以降低噪声。当量子信息被储存在这种存储器中，来自激光束的光子将量子态映射到铷原子上。同时释放其他的光子，通过检测来确认信息是否被保存。然后，通过另外一种特别选择的激光脉冲，储存在存储器中的信息可以被寻回。 为了记录和寻回量子信息，研究人员们使用先进的滤光方法（专利申请中）和自己设计的新型相机。这种相机能够检测到单个光子，其特点是低噪声和高于现存相机十倍的速度。 “储存在我们的存储器中的量子信息的稳定性持续几微秒到几十微秒不等。你可能会问这么短的储存时间怎么就能被利用了，但是记住这取决于具体的应用。在电通信中，在微秒这种时间尺度内通过将量子信号传送到下一中继站足以完成几种意图，”来自物理学院的博士生Michał Dąbrowski强调道。 巧妙地利用量子光学现象，使得华沙大学的研究人员显著地降低了量子通信的噪声。当信息被寻回，大多数噪声被由存储单元向不同方向释放的光子带走，而不是携带相关量子信息的光子。 由FPW开发的单原子量子存储单元可以以几种不同的空间模式（振型）大量地储存信息。这就意味着，它是当前的高容量存储器的解决方案。在实际的量子通信的应用中，这种新型的存储单元可以作为多条光缆的缓存。
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