马克斯·普朗克学会 在真空室里，马克斯·普朗克量子光学研究所的物理学家用两个交叉的光学谐振器捕获一个原子
它们各由两根光纤组成，在交叉点处可见
这种装置能够实现光子量子位的无损检测
荣誉:克里斯托夫·霍曼，MPQ 尽管量子通信是防窃听的，但迄今为止效率并不高
马克斯·普朗克量子光学研究所的研究人员想要改变这种情况
他们开发了一种可以用来追踪量子传输的检测方法
量子信息以光子的形式(即
e
轻粒子)
然而，这些很快就消失了
仅仅经过一段距离就能发现这样的光子是仍在去往目的地的路上还是已经丢失了，这可以大大减少信息处理所需的工作量
这将使加密汇款等应用更加可行
量子密码术可能很快成为保护政府机构或银行数据流量的首选方法
然而，在可预见的未来，它可能不会保护我们的电子邮件流量不受不速之客的影响
量子信息的最小单位——量子位的交换实在是太复杂了
最大的问题之一是:携带量子位的轻粒子距离很远，很容易在空气中偏离它们的路径，或者被玻璃纤维吸收——突然间，量子信息丢失了
因为大多数光子在大约100公里的传输过程中会丢失，所以必须传输数千个光子才能在这段距离上直接传输单个量子位
因此，量子信息的传输可能成为一件漫长的事情，尽管光传播速度非常快，仅用大约两毫秒就能覆盖从慕尼黑到柏林的距离(约600公里)
探测器不读取量子信息 马克斯·普朗克量子光学研究所的张秀坤·涅米茨和格哈德·雷姆普的团队现在已经开发出一种物理协议，可以指示量子比特是否已经在量子传输的中间站丢失
“如果是这种情况，发射器可以以比仅在接收端注意到损耗时小得多的延迟再次发送量子位，”张秀坤·尼米兹说，他在论文中开发了光子量子位(在技术术语中称为光子量子位)检测器
“重要的是我们不要破坏量子位
因此，我们只是探测量子位光子，而不是测量它
换句话说:探测器探测光子是否存在，但不读取编码在其中的量子信息
这就像在网上跟踪一批货物，却看不到包裹里面的东西
“这一点至关重要，因为量子物理定律排除了复制一个量子位1比1的可能性——这就是量子密码学的基础
“因此量子帖子不能在中间站刷新——安装发送器和接收器的人和间谍都不能
两个谐振器和一个原子能够探测量子位 为了在不读取信息本身的情况下检测携带量子信息的光子，物理学家们研究了一个被他们捕获在两个垂直谐振器中的原子
两个谐振腔各由两个反射镜组成，因此原子被四个交叉排列的反射镜所包围
其中一个谐振器的设计是这样的:原子通过极其轻柔的触摸识别光子的存在:谐振器位于光子通过其到达的光纤末端——或者不通过
当光子到达那里时，它被反射并改变原子的状态
这里重要的是，量子信息不受此影响——就像包裹递送员在收件人不在家时留下信息并再次将包裹带走一样
光子影响原子的状态
在这个过程中，原子的自旋被改变了——类似于旋转陀螺，从一个时刻到下一个时刻，它的旋转被反转了180度
相比之下，量子信息被打包到光子的振荡平面中——物理学家称之为偏振
但是我们怎么知道光子是否存在并改变了原子的状态呢？这是第二个谐振器的工作
如果没有光子在预期的时间到达探测器，伽林物理学家可以通过用激光照射原子来使其发光
他们可以通过第二对反射镜和一个传统的光电探测器很容易地探测到辉光
如果一个光子在另一个共振腔被反射，改变了原子的状态，这不起作用，原子保持黑暗
探测器从14公里处开始加速量子通信 马克斯·普朗克的研究人员通过模型计算表明，对传输量子比特的光子的检测使得量子通信更加有效
因此，他们在实验中使用的探测器将在14公里以外加速量子信息的传输
“光子量子位探测器在较短的距离内也很有用，”研究小组成员保罗·法拉说
然而，为了做到这一点，检测工作必须比目前的实验更加可靠
“这不是一个基本问题，而是一个技术问题，”这位物理学家解释道
检测器的效率目前受到影响，主要是因为谐振器只反射大约三分之一的入射光子
只有在反射的情况下，光子才会在原子中留下痕迹
“然而，通过改进谐振器的制造，我们可以将这一效率提高到几乎100%
" 一个能可靠检测光子量子位的检测器不仅有助于在传输过程中跟踪量子信息，还能确认量子柱到达其目的地
如果光子中编码的信息以复杂的方式被进一步处理，例如，如果它被转移到纠缠的原子，这是有益的
纠缠是一种量子力学现象，可以用来加密和处理数据
在这个过程中，两个空间上相距很远的粒子变成了一个量子实体
因此，一个粒子的变化直接导致另一个粒子的变化
马克斯·普朗克量子光学研究所主任格哈德·莱普说:“制造纠缠是复杂的。”
“你应该用它来处理一个量子位，除非你确定这个量子位在那里
" 格哈德·雷姆普团队未来实验的一个可能目标是展示量子后跟踪如何用于信息处理:“我们希望将探测器用于我们位于加庆的研究所和更远的地方之间的量子通信
例如，从我们的实验室走向实际应用，”马克斯·普朗克主任说
“这样，我们又一次接近了我们伟大的长期目标——量子互联网
"
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