单光子技术驱动量子通信网络

近日，罗切斯特大学与罗切斯特理工学院的研究团队近期通过两根光纤将其校园连接，构建了一个实验性量子通信网络。在《Optica Quantum》期刊新发表的论文中，科学家们描述了"罗切斯特量子网络"(RoQNET)。该网络在室温环境下利用单光子通过光纤线路传输信息，覆盖距离约11英里（17.7公里），使用光学波长进行量子通信。

量子通信网络有望从根本上提升信息传输安全性，使信息在传输过程中无法被克隆或拦截而不被发现。量子通信基于量子比特（qubit）实现，这种量子位可通过原子、超导材料甚至金刚石晶体缺陷等物理方式创建。但对于长距离量子通信而言，光子（光的单个粒子）是最理想的量子比特载体。

光子特别适合量子通信的部分原因在于，理论上它们可以通过全球现有的光纤电信网络传输。未来，量子点或捕获离子等多种量子比特源将可能被综合应用，因为不同类型的量子比特在量子计算或量子传感领域各有优势。但光子与现有通信基础设施的兼容性最为突出。

这篇新论文的核心目标是实现网络中不同类型量子比特间的实际量子通信。领导罗切斯特大学研究团队的光学物理学家Nickolas Vamivakas教授表示："这是构建量子网络的重要进展，这类网络既能保护通信安全，又能为分布式计算和成像开辟新路径。虽然其他团队也在开发实验性量子网络，但RoQNET的独特之处在于采用集成量子光子芯片生成量子光，并使用固态量子存储节点。"

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两所大学的研究团队整合了各自在光学、量子信息和光子学领域的专长，开发出基于光子集成电路的量子网络技术。目前利用光纤进行量子通信需要依赖笨重昂贵的超导纳米线单光子探测器(SNSPDs)，研究团队希望突破这一技术瓶颈。

RIT凯特·格里森工程学院教授Stefan Preble解释："光子以光速传播，其广泛波长范围使其能与多种量子比特进行通信，我们的研究重点是分布式量子纠缠，RoQNET正是实现这一目标的实验平台。"

研究团队的最终目标是将RoQNET与纽约州其他科研机构联网，包括布鲁克海文国家实验室、石溪大学、空军研究实验室和纽约大学等，构建更广泛的量子通信网络。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1364/OPTICAQ.546774