在世界首例實驗中，法國和美國的研究人員進行了一項開創性實驗，展示了“混合”量子網路。該方法結合了兩種不同的方法，將資訊編碼到稱為光子的光粒子中，最終可以實現更強大、更可靠的通訊和計算。
類似於經典電子學可以將資訊表示為數字或模擬訊號，量子系統可以將資訊編碼為粒子中的離散變數（DV）或波中的連續變數（CV）。研究人員過去在任何給定的系統中都只使用一種方法，而不是兩者都使用。
巴塞羅那光子科學研究所的 Hugues de Riedmatten（未參與該研究）表示：“DV 和 CV 編碼各有優缺點。” CV 系統將資訊編碼在光波變化的強度或相位中。它們往往比 DV 方法更有效，但也更脆弱，對訊號損失的敏感性更強。使用 DV 的系統透過計數光子來傳輸資訊，與 CV 技術相比，它們更難與傳統資訊科技配對。然而，它們的容錯能力更強，更不容易出錯。 de Riedmatten 表示，將兩者結合起來可以提供“兩全其美的優勢”。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您將幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
詭異的系統
在量子網路中，資訊是根據量子力學的原理建立、儲存和傳輸的。從理論上講，這樣做可以實現超越經典系統所能達到的安全性和計算能力。
例如，經典位元將資訊編碼為 0 或 1 的值。量子網路可以使用量子位元，或稱 qubits，它利用量子效應同時體現 0 和 1。為了分發資料，此類網路通常還依賴於另一種稱為量子糾纏的效應。阿爾伯特·愛因斯坦曾將其描述為“幽靈般的超距作用”，糾纏是在粒子（例如光子）密切相互作用後產生的。愛因斯坦和其他人認為它“詭異”，因為與所有直覺相反，即使在被任意長距離分隔開後，糾纏的粒子仍然會相互影響。其中一個粒子的狀態發生任何變化都會觸發另一個粒子狀態的同步變化。計算機科學家早就意識到，這種效應可以實現超安全的電信，任何竊聽嘗試都會破壞糾纏，使監視變得顯而易見。
利用這些量子效應的系統可以採取多種形式，但它們通常遵循 DV 或 CV 架構。現在，巴黎卡斯特勒·布羅塞爾實驗室和美國國家標準與技術研究所的科學家們透過在單個量子網路中建立和分配 DV 和 CV 編碼的光狀態之間的糾纏，成功地將這兩種技術結合起來。
該團隊使用複雜的光學元件組合，成功地產生了兩種高度糾纏狀態的光子。其中一種狀態是由一個光子在兩條不同的路徑之間分裂而產生的。另一種狀態（所謂的混合糾纏狀態）是由 DV 光學量子位元與 CV 量子位元的糾纏產生的，該 CV 量子位元保持在兩種不同光相位的疊加態。“透過使用一種特殊的程式，稱為這兩種獨立糾纏態之間的貝爾態測量，糾纏被轉移或‘傳送’到兩個從未相互作用的系統中，”巴黎索邦大學教授兼該研究的高階作者 Julien Laurat 說。這種轉移允許將量子位元的量子資訊從一種編碼方法轉換為另一種編碼方法，從而為將 DV 和 CV 方法都整合到單個可擴充套件量子網路中鋪平了道路。
從工作臺到主力
義大利國家光學研究所的 Marco Bellini（未參與該研究）認為，這項研究的新穎性和重要性在於研究人員成功地在兩個攜帶兩種不同編碼的量子資訊的光束之間交換了糾纏。將不同的系統連線在一起仍然是一項重大挑戰。但他表示：“這項實驗展示了未來網路的哪些重要組成部分可以足夠通用，以連線基於不同物理量子平臺的記憶體和處理器，並忠實地攜帶各種量子態，包括 DV 和 CV 態。”
Bellini 補充說，在實現實用的混合量子網路之前，還有許多工作要做。目前的實驗方法效率極低：平均而言，它每分鐘僅在 CV 量子位元和 DV 量子位元之間的距離上產生三次混合糾纏。“雖然這個速率仍然足以累積足夠的資料進行原理驗證，但對於任何實際應用來說，它都太低了，”Bellini 總結道。
進一步的突破可能迫在眉睫。在世界各地，其他團隊正在競相開發和演示其他新的量子網路協議，並縮小這種初步實驗室演示與實際真實裝置之間的差距。
其中一個由 Bellini 領導的團隊也在致力於使用混合技術，透過從經典光場中新增和減去單個光子來操縱糾纏。在日本、俄羅斯、丹麥和捷克共和國的研究小組也在研究用於量子資訊的光學混合方法。遲早，這種混合糾纏實驗應該會變得更加緊湊和高效，擺脫工作臺的束縛，成為與電信現有光纖網路相容的主力。