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单光子脉冲速成法确保数据安全

2018-07-23 10:44 来源:科技日报

  据英国谢菲尔德大学官网近日报道,该校研究人员解决了量子物理中的一个关键性难题,开发出了一种生成极快单光子光脉冲的方法,有助于提供全面安全的数据传输。

  过去几十年来,使用光沿着光纤传输数据变得日益普遍,但目前每个脉冲含有数百万个光子,这意味着,原则上某些光子可以在不被察觉的情况下被拦截或窃听。虽然经过加密的数据相对安全,但如果“窃听者”能拦截含有这些编码细节的信号,那么,从理论上来讲,他们就可以访问并解码剩余的信息。

  单光子脉冲提供了全面的安全性,因为任何窃听行为都将被立即探测到,因此,科学家一直试图快速生成单光子脉冲,让其能以足够快的速度传输大量数据。

  在最新研究中,谢菲尔德大学团队利用一种被称为“珀塞尔效应”(Purcell effect)的现象,来快速地生成光子。他们将纳米晶体量子点放置到位于更大型晶体(半导体芯片)内的腔体中,然后用激光轰击这些量子点,量子点会吸收能量,这种能量以光子的形式发射出来。

  将纳米晶体放置到非常小的腔体中会使激光在腔体壁内部到处反射,如此一来,通过珀塞尔效应会加速光子的生成。但这一方法存在一个问题:携带数据信息的光子很容易与激光混淆。研究人员通过将腔体内蹦出的光子和进入芯片的光子分离开,以区分这两种不同类型的脉冲,从而解决了这一问题。

  最终,团队成功地制造出比没有采用珀塞尔效应的方法快50倍的光子发射率。尽管这并非迄今开发出的最快的光子光脉冲,但它生成的所有光子都相同,这对许多量子计算应用来说非常必要。

  该校光学物理系教授马克·福克斯表示:“任何测量或‘读取’光子的行为都会改变其特性。光子一旦受到干扰,数据将会遭到破坏并发出警报。我们的方法也解决了一个困扰科学家约20年的问题,即如何采用珀塞尔效应高效地加速光子的生成。”

  总编辑圈点

  人类社会的运转高度依赖信息传播。几千年来,烽火、竹简、纸张、电波等不同传播介质轮番上场,在推动信息传播效率大大提升的同时,也推动着人类社会飞速发展。如今,信息传播的新秀是量子通信,与之相关的科学技术也日新月异。未来给人类社会信息传播带来全新气象的介质又会是什么?不妨大胆畅想一下。

(责任编辑:王蔚)

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