全光子量子中继器：迈向全球量子网络

　　多伦多大学和日本电信电话公司（NTT）的研究人员发现了一种能够延伸现在和未来的量子网络传输距离的方法，该方法可以传送带有加密密钥的光子编码。他们的研究结果发表在4月15日的《Nature Communications》杂志期刊上。另外，NTT还就这一主题在同一天发表了一份公告。

　　目前认为基于时间的最安全的加密类型是量子密钥分配（Quantum Key Distribution）。其加密手段是通过量子网络向接收者发送一系列纠缠态的光子，通过探测这些光子的极化，用于解密信息的密钥则已经通过常规的数据连接发送了出去。这一安全机制建立在常规的量子力学性质的基础上：任何用于探测光子的量子态的行为都会对量子态本身产生影响，而这种影响也会被用户探知。

　　这种方法的主要缺点是如果纠缠态的光子来源于50公里之外的地方，那么通过光纤传送给接收者的超过90%的光子都无法被接收者探测到。和通过光纤传送的数字信号不同，不能对携带量子信息的光子流进行放大；每一个携带量子态的光子都需要通过量子中继器进行重建。

　　现在设想的量子中继器将会包含由量子位组成的物质量子记忆，这些量子位包括原子、原子集合、量子点，它们能够存储接收到的光子的量子状态并将这些状态重新发送出来。但仍然还存在一些问题。这些中继器事实上是量子计算机，需要冷却。另外，对光子的处理过程也会减慢通信时间，这是未来量子网络的绝对阻碍。所以重要的是，研究人员还需要在制造更复杂的物质量子中继器之前，还需要先制造出量子计算机。

　　但现在NTT和多伦多大学的研究者展示出了一种不需要物质量子中继器的长距离量子状态传输方式。他们发现了另一个选择：光学量子中继器，这使得他们证明光子根本不需要和量子物质内存发生交互。这种光学中继器还有助于改变在量子信息长距离传输中的其它教条式的看法。比如说，光学量子中继器的光学组件（如线性光学元件（束分离器））和光子探测器并不要求低温的工作坏境。另外研究人员还指出，更好的是这些组件已经经过了测试，而且有的已经商用了。

　　因为实际的中继器不会有停顿，工程师希望不久之后就能够将量子网络扩张到更长的距离上。多伦多大学的Hoi-Kwong Lo说：“在量子网络的设计中，相关人士都有很大的兴趣。量子网络将带来更加强大的功能和更为丰富的信息。我们的目的是设计出一种在长距离上安全可靠的通信方式。”