以光速走向量子互联网

大阪大学领导的一个研究小组演示了如何将以激光束圆偏振编码的信息转换为量子点中电子的自旋态，量子点分别是一个量子位和一个量子计算机候选者。这一成就代表了迈向“量子互联网”的重要一步，未来的计算机可以迅速安全地发送和接收量子信息。

量子计算机具有根本不同的工作方式，因此它们有可能大大超越当前系统。代替处理离散的一和零，无论是存储在电子自旋中还是通过激光光子传输的量子信息，都可以同时处于多个状态的叠加中。此外，两个或更多物体的状态可能会纠缠在一起，因此一个物体的状态如果没有另一个物体就无法完全描述。处理纠缠态使量子计算机能够同时评估许多可能性，以及从一个地方到另一个地方传输信息，以防窃听。

但是，这些纠缠状态可能非常脆弱，仅持续几微秒，然后才失去一致性。为了实现量子互联网的目标，相干的光信号可以在此基础上中继量子信息，这些信号必须能够与远程计算机内部的电子自旋相互作用。

大阪大学领导的研究人员使用激光通过改变捕获在其中的单个电子的自旋状态，将量子信息发送到量子点。尽管电子不是通常意义上的自旋，但它们确实具有角动量，当吸收圆偏振激光时可以将其翻转。

第一作者藤田孝文(Takafumi Fujita)说：“重要的是，这一动作使我们能够在施加激光后读取电子状态，以确认其处于正确的自旋状态。”“我们的读出方法使用了保利排斥原理，该原理禁止两个电子占据完全相同的状态。在微小的量子点上，如果电子具有正确的自旋，则只有足够的空间供电子通过所谓的保利自旋封锁。”

量子信息传输已用于加密目的。高级作者Akira Oiwa说：“叠加态或纠缠态的转移可以完全安全地分配量子密钥。”“这是因为任何试图截获信号的尝试都会自动破坏叠加，从而无法被监听而无法被监听。”

单个自旋的快速光学操纵是产生量子纳米级通用计算平台的有前途的方法。一个令人兴奋的可能性是，未来的计算机可能能够将此方法用于许多其他应用程序，包括优化和化学模拟。

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