https://www.toutiao.com/a6579098890211951112/
據《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）雜志7月16日刊發(fā)的一篇最新研究論文稱(chēng)，英國謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield）開(kāi)發(fā)出了一種生成極快的單光子光脈沖的方法——用一種叫做“珀塞爾效應”（Purcell Effect）的現象來(lái)快速地生成光子——從而解決了量子物理學(xué)中的重要難題，這一進(jìn)展可能在未來(lái)成為實(shí)現通信數據傳輸手段絕對安全性的核心科技。
在過(guò)去的幾十年里，利用光纖線(xiàn)路中的光來(lái)進(jìn)行數據傳輸的手段變得越來(lái)越普遍，然而，當前的技術(shù)缺陷是，每一次光脈沖中都包含了數百萬(wàn)個(gè)光子，而這也意味著(zhù)，在理論上，其中的一部分光子可以在不被通信者察覺(jué)的情況下被攔截竊取。盡管目前的技術(shù)可以對安全數據進(jìn)行加密，但是如果竊聽(tīng)者能夠攔截包含代碼細節的信號，那么在理論上他們也可以獲得并解碼其余剩下的信息。在這種情況下，這一安全性的缺陷就是單光子脈沖技術(shù)可以充分填補的一大空白——提供絕對的安全性。光通信中的每一個(gè)光子，即光的粒子，都代表了一部分計算機運算的基本語(yǔ)言——二進(jìn)制代碼，在最新的單光子光脈沖傳輸技術(shù)中，一旦光子被攔截，所傳遞的信息就會(huì )遭受干擾，從而提醒信息發(fā)送者有通信出現了差錯，并判斷通信過(guò)程可能遭到竊聽(tīng)。不過(guò)，科學(xué)家們一直在力圖克服的技術(shù)瓶頸是，如何足夠迅速地生成光子以便它們能以足夠快的速度攜帶和傳輸大量數據，而單光子光脈沖技術(shù)就成功攻克這一難題。
該論文中闡述的實(shí)驗過(guò)程大致是，首先科學(xué)家把一種稱(chēng)為“量子點(diǎn)”的納米晶體放置在一個(gè)更大的晶體——半導體芯片——空腔中，然后用激光照射轟擊這個(gè)點(diǎn)，激光中能量隨即被量子點(diǎn)所吸收，最后這些能量再以光子的形式被釋放出來(lái)。其原理之一是，當你把納米晶體放在一個(gè)非常狹小的空腔中時(shí)，激光在空腔內壁的不斷反彈運動(dòng)會(huì )加速珀塞爾效應生成光子的速度。該技術(shù)手段的問(wèn)題是，攜帶數據信息的光子很容易與激光相互夾雜混淆。謝菲爾德的研究人員最終克服了該問(wèn)題——他們將腔內蹦出的光子和進(jìn)入芯片的光子分離開(kāi)來(lái)，從而形成兩種不同類(lèi)型的脈沖。通過(guò)這種方式，研究小組已經(jīng)成功地將光子發(fā)射速率比不使用珀塞爾效應提高了大約50倍。盡管這不是迄今為止人類(lèi)開(kāi)發(fā)出的速度最快的光子光脈沖，但是其至關(guān)重要的一個(gè)優(yōu)勢是，其產(chǎn)生的光子都是相同的，而這一特性正是許多量子計算應用項目的基本要求。
謝菲爾德大學(xué)光學(xué)物理學(xué)教授馬克·?？怂梗∕ark Fox）解釋道:“利用光子傳輸數據，讓我們能夠利用物理學(xué)的基本定律來(lái)保證通信的安全性。（在這種方式下）如果不改變粒子的性質(zhì)，就不可能以任何方式測量或讀取光粒子上的信息，因為光子一旦受到干擾，數據就會(huì )被破壞并發(fā)出報警信號。我們的這一方法還解答了一個(gè)困擾科學(xué)家20年的問(wèn)題：如何利用“珀塞爾效應”以一種有效的方式來(lái)加速光子的生成。雖然這項技術(shù)可以很好地應用于普通光纖電信系統的安全保障，但是它最有用武之地的領(lǐng)域是在通信安全性至關(guān)重要的部門(mén)和單位，比如政府和國家安全機關(guān)?！?/p>
編譯：朱明逸 審稿：西莫 編輯：張夢(mèng)
來(lái)源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180716114602.htm
