实验首次实证:量子通信优于传统信息传输方式

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据国外媒体报道,量子计算机仍然是一另三个梦想,就是量子通信的时代由于到来。巴黎的一项新实验在外理抽样匹配问题图片时首次证明,量子通信优于传统的信息传输土办法。

论文合著者,巴黎索邦大学电气工程师Eleni Diamanti表示,“亲戚亲戚当让让我们是第一另三个在双方传递信息中显示出量子优势的。”其商务商务战略合作是巴黎狄德罗大学计算机科学家Iordanis Kerenidis和Niraj Kumar。

量子机器利用物质的量子型态对信息进行编码,亲戚亲戚当让让我们普遍认为它将彻底改变现有的计算科学。但你你这个创造创造发明 进展缓慢。当工程师们努力打造基本的量子计算机时,理论计算机科学家们却遇到了一另三个根本性障碍:亲戚当让让我们无法证明经典计算机永远无法完成量子计算机设计的任务。你这个,在去年夏天,一位来自德克萨斯州的少年证明,一另三个长期以来被认为不到通过量子计算机快速外理的问题图片,能不可不还可否 通过经典计算机快速外理。

然而在通信领域,量子土办法的好处可不还可否 得到证明。十多年前,计算机科学家证明,大概 在理论上量子通信比传统传递信息的土办法要好。

“大多数人就有研究计算任务。亲戚亲戚当让让我们研究的一另三个很大优势在于,在通信中使用量子土办法的优点是可不还可否 证明的。”Kerenidis如是指出。

2004年,Kerenidis和另外两名计算机科学家设想了比较慢 一另三个场景:一一各自 前要将信息发送给比较慢 人,比较慢 比较慢 人就可不还可否 回答特定的问题图片。研究人员证实,量子装置可不还可否 通过比经典通信系统更少的指数级信息来完成这项任务。就是亲戚当让让我们所设想的量子型态是纯理论的,远远超出了当时的技术水平。

“亲戚亲戚当让让我们可不还可否 证明你你这个量子优势,但实际上比较慢实现量子协议,”Kerenidis说。

这项新研究对Kerenidis和他的同事们设想的情景进行了修改。该研究讨论的问题图片涉及一另三个用户,爱丽丝和鲍勃。爱丽丝有一组编号的球。每个球的颜色是随机的红色或浅蓝色。鲍勃想知道随意选着的一对球是相同的颜色还是不同的颜色。爱丽丝希望尽由于少地向鲍勃发送信息,同时仍然确保鲍勃可不还可否 回答他的问题图片。

你你这个问题图片叫做“抽样匹配问题图片”。“它对密码学和数字货币就有影响,在什么领域,用户通常希望交换信息,而未必透露亲戚当让让我们所知道的一切。它也非常适合展示量子通信的优势。”

加州理工学院计算机科学家托马斯·维迪克(Thomas Vidick)说,“你不到就是说,‘已经 已经 你已经 你发送一部电影由于一另三个千兆的东西并把它编成一另三个量子情况表’”,从而通过你你这个任务来找到量子通信的优势,“你前要关注更微妙的任务。”

若要通过经典通信土办法外理抽样匹配问题图片,爱丽丝前要向鲍勃发送与球数平方根成比例的信息。就是量子信息的非正统性使得更有效的外理土办法成为由于。

在新工作中使用的实验室设置中,爱丽丝和鲍勃通过激光脉冲进行通信。每个脉冲代表一另三个球。脉冲会通过一另三个分束器,分束器将每个脉冲的一半发送给爱丽丝,另一半发送给鲍勃。当一另三个脉冲到达爱丽丝时,她可不还可否 移动激光脉冲的相位来编码每个球的信息——无论是红球还是蓝球。

与此同时,鲍勃将他所关心的两对球信息编码到他那一半的激光脉冲中。就是什么脉冲汇聚到比较慢 分束器中,在那里它们相互干扰。这两组脉冲相互干扰的土办法反映了每个脉冲的相位被移动的土办法。比较慢 一来,鲍勃可不还可否 读出互近光子探测器上的干涉图样。

在鲍勃“读取”爱丽丝的激光信息完后 ,爱丽丝的量子信息可不还可否 回答关于任意一对球的任何问题图片。但在读取量子信息的过程中,鲍勃破坏了所有信息,只获得了一对球的信息。

量子信息可不还可否 以多种土办法进行读取,但最终不到以四种 土办法读取。量子信息的你你这个型态极大减少了为外理采样匹配问题图片而前要传输的信息量。由于爱丽丝前要给鲍勃发送200个经典比特数来确保他可不还可否 回答出问题图片,比较慢 只前要发送大概 10个量子位就能完成同样的任务。

科罗拉多州博尔德市美国天体物理联合实验室物理学家、专门从事量子技术研究的格雷姆·史密斯(Graeme Smith)说,“由于你想打造一另三个真正的量子网络,这有了你前要要做的原则性证明。”

这项新实验是相比于经典土办法的彻底胜利。研究人员进入实验,确切知道要外理你你这个问题图片前要传递哪几个经典信息。就是亲戚当让让我们无可争议地证明,量子通信土办法可不还可否 以四种 更精简的土办法外理问题图片。史密斯说:“在这篇论文中,亲戚亲戚当让让我们很高兴看完亲戚亲戚当让让我们真的在努力证明用经典通信土办法来完成这件事是困难的,就是用量子土办法完成了这件困难的事情。”

你你这个研究结果还提出了实现计算机科学长期目标的另四种 途径:证明量子计算机优于经典计算机。你你这个量子“霸权”在纯计算领域比较慢确立,但你你这个重要问题图片不仅仅事取决于计算。

Kerenidis说:“将亲戚亲戚当让让我们能做的与计算和通信能力这两件事结合起来,将更容易证明量子优势。”