2024 年，在互联网流量的洪流中，光的量子态成功通过 30 多公里（约 18 英里）的光纤电缆传送——这一工程壮举曾被认为是不可能的。
美国研究人员的这一令人印象深刻的演示可能无法帮助你通过手机远程上班以避开早高峰交通拥堵，也无法帮助你更快地下载你最喜欢的猫咪视频。
然而，通过现有基础设施传送量子态的能力代表着朝着实现量子连接计算网络、增强加密或强大的新传感方法迈出了重要的一步。
领导这项研究的西北大学计算机工程师普雷姆·库马尔 (Prem Kumar)表示： “这令人兴奋不已，因为没有人认为这是可能的。”
我们的工作展示了一条通往下一代量子网络和经典网络共享统一光纤基础设施的道路。从根本上说，它为推动量子通信迈向新水平打开了大门。
相关：世界首次实现量子计算机之间的隐形传态
心灵传输与《星际迷航》中的运输系统有几分相似，可以让乘客在眨眼间穿越时空，心灵传输利用一个位置的物体的量子可能性，并通过小心地摧毁它，将同样的可能性平衡强加到另一个位置的类似物体上。
尽管对两个物体进行测量会在同一瞬间决定它们的命运，但纠缠它们的量子特性的过程仍然需要在空间点之间发送单一信息波。
如同春雨中的仙女棉花糖，任何物体的量子态都只是一团模糊的可能性，在诞生后的瞬间，都有可能融入现实。如果不采取某种保护措施，电磁辐射波和运动粒子的热碰撞研磨会迅速降低量子意义，使其退相干。
在计算机内部屏蔽量子态是一回事。而要通过充斥着银行交易、猫咪视频和短信的光纤发送单个光子，同时还要保护其量子态，则要困难得多。你还不如把你的量子棉花糖扔进密西西比河，然后祈祷它最后的味道和你想象的一样好。
为了在每秒 400 千兆位的互联网流量中保持孤独光子的宝贵状态，研究小组采用了多种技术来限制光子的通道并减少其散射和与其他波混合的机会。
库马尔说： “我们仔细研究了光是如何散射的，并将光子放置在散射机制最小化的合理位置。”
“我们发现我们可以进行量子通信，而不会受到同时存在的经典信道的干扰。”
虽然其他研究小组已成功在互联网模拟中将量子信息与经典数据流一起传输，但库马尔的团队是第一个将量子态与实际互联网流一起传送的团队。
每次测试都进一步表明量子互联网是不可避免的，它为计算工程师提供了一个全新的工具包，用于以前所未有的方式测量、监控、加密和计算我们的世界，而无需重新发明互联网。
库马尔说： “量子隐形传态能够在遥远的地理位置的节点之间安全地提供量子连接。”
“但长期以来，许多人认为没有人会建造专门的基础设施来发送光粒子。如果我们选择合适的波长，就不需要建造新的基础设施。经典通信和量子通信可以共存。”
这项研究发表在《Optica》杂志上。
本文的早期版本于 2024 年 12 月发布。