美国西北大学的工程师们成功在现有的互联网光缆上演示了量子隐形传态，证明量子通信和经典通信可以共存

核心发现：

• 通过识别低干扰波长并使用特殊滤波器，该团队成功地在一条30公里长的光缆上，与高速互联网信号同时传输了量子信息

• 这项研究简化了量子网络基础设施，并为利用现有系统实现安全、长距离的量子连接奠定了基础

该研究的负责人，西北大学电气工程教授Prem Kumar表示：“这令人难以置信，因为没有人认为这是可能的。我们的工作展示了一条路径，可以实现下一代量子网络和经典网络共享统一的光纤基础设施。基本上，它为将量子通信推向新的高度打开了大门。”

量子隐形传态的原理

量子隐形传态是一种安全地远距离共享信息的方式，无需实际传输信息本身。该过程依赖于量子纠缠，即两个粒子之间产生联系，使得一个粒子的状态瞬间影响到另一个粒子的状态，无论它们之间距离多远。这使得信息可以在相隔数公里的粒子之间传递，而无需直接进行物理传输

核心突破

在光通信中，所有信号都被转换为光。传统的信号使用数百万个光粒子，而量子信息则依赖于单个光子

这项技术的核心在于“破坏性测量”。通过对两个光子进行破坏性测量——一个光子携带量子态，另一个光子与另一个光子纠缠——量子态被转移到剩余的光子上，而这个光子可能非常遥远。隐形传态允许在很远的距离上交换信息，而不需要信息本身进行物理传输

挑战：在交通拥堵中穿行

这项研究面临的一个主要挑战是证明量子隐形传态可以在拥挤着传统互联网信号的光缆中工作。量子通信中使用的精细的单光子很容易被构成传统互联网流量的数百万个光粒子淹没。可以比作“一辆脆弱的自行车试图穿过一条拥挤的、高速行驶的重型卡车隧道。”

解决方案：

为了解决这个问题，Kumar教授和他的团队研究了光在光纤电缆中的散射方式。他们为他们的光子确定了一个不那么拥挤的光波长，并添加了滤波器，以最大限度地减少来自互联网流量的噪音。这种仔细的优化使得他们能够在没有干扰的情况下，同时传输量子信息和经典数据

研究人员仔细研究了光的散射方式，并将光子放置在一个散射机制最小化的关键点，发现可以在不干扰同时存在的经典信道的情况下进行量子通信

测试与结果：

为了测试这种方法，研究人员使用了一根30公里长的光纤电缆，两端各有一个光子。他们同时通过电缆发送量子信息和高速互联网流量，并测量接收端量子信息的质量。结果证实，即使在互联网流量增加的复杂情况下，量子隐形传态依然有效

虽然许多研究小组已经研究了光纤中量子通信和经典通信的共存，但这项工作是第一个展示在这种新情景下进行量子隐形传态的。这种无需直接传输即可发送信息的能力，为在无需专用光纤的情况下执行更高级的量子应用打开了大门

下一步

Kumar和他的团队的目标是在更远的距离上扩展实验，并探索更复杂的量子技术，例如纠缠交换。这涉及到使用两对纠缠光子来扩展量子通信网络的范围。该团队还计划使用现实世界中的地下电缆而不是实验室控制的线轴进行实验

Kumar教授认为，这些进展可以为广泛的量子连接铺平道路。量子隐形传态有能力在地理上遥远的节点之间安全地提供量子连接，如果我们选择合适的波长，我们就不必建设新的基础设施。经典通信和量子通信可以共存

这项工作是朝着将量子技术集成到日常网络迈出的重要一步，使得先进的量子应用更易于获得和实用

参考：

https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-11-12-1700&id=565936

https://news.northwestern.edu/stories/2024/12/first-demonstration-of-quantum-teleportation-over-busy-internet-cables/

https://thequantuminsider.com/2024/12/27/northwestern-engineers-achieve-quantum-teleportation-over-existing-internet-cable/