拥有光速的量子互联网

大阪大学领导的一个研究小组演示了如何将激光束圆极化中编码的信息转换为量子点中电子的自旋状态，每个量子点都是量子比特和量子计算机的候选者。这一成就代表着迈向“量子互联网”的重要一步，保证未来的计算机可以快速、安全地发送和接收量子信息。 

量子计算机具有远远超过现有计算机系统的潜力，因为它们的工作方式根本不同。量子信息，无论是存储在电子自旋中还是通过激光光子传输，都可以同时处于多个状态的叠加，而不是处理离散的1和0。此外，两个或两个以上物体的状态可能会被缠住，因此没有这个物体，一个物体的状态就无法被完全描述。处理纠缠态可以让量子计算机同时评估许多可能性，并在不同的地方传输信息，避免被窃听。 

然而，这些纠缠态可能非常脆弱，在失去相干之前只能持续微秒。为了实现量子网络的目标，在这个网络上相干光信号可以传递量子信息，这些信号必须能够与远程计算机内的电子自旋相互作用。 

大阪大学领导的研究人员利用激光，通过改变被困在量子点上的单个电子的自旋状态，将量子信息发送给量子点。虽然电子在通常意义上不旋转，但它们确实有角动量，当吸收圆偏振激光时，角动量可以翻转。

 

上图所示为圆极化光子激发电子自旋的自旋检测的示意图。黄色的纳米金属电极形成了俘获电子、移动电子和感知电子所需的空穴。

第一作者藤田和夫说：“重要的是，这个动作使我们能够在应用激光后读取电子的状态，以确认它处于正确的自旋状态。我们的读出方法使用了泡利不相容原理，它禁止两个电子处于完全相同的状态。在这个微小的量子点上，只有足够的空间让电子通过所谓的泡利自旋阻塞，如果它有正确的自旋。” 

量子信息传输已用于加密目的。“叠加态或纠缠态的转移允许完全安全的量子密钥分配，”资深作者AkiraOiwa说。“这是因为任何截获信号的尝试都会自动破坏叠加，使其无法在未被检测到的情况下监 听。” 

单个自旋的快速光学操纵是制作量子纳米级通用计算平台的一种有前途的方法。一个令人兴奋的可能性是，未来的计算机可能能够将这种方法用于许多其他应用，包括优化和化学模拟。 

原文来源：https://phys.org/news/2019-07-quantum-internet.html