单光子脉冲速成法确保数据安全

2018年07月23日08:56  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。”(刘霞)

(责编:时宝韫(实习生)、熊旭)

推荐阅读

世界首台!我国量子计算机超越早期经典计算机“这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机,为最终实现超越经典计算能力的量子计算这一国际学术界称之为‘量子称霸’的目标奠定了坚实的基础。”潘建伟说。【详细】

从“气象特警”到“随身空调” 航天技术来到你身边航天技术民用化已经不是新鲜事。宝宝使用的尿不湿、方便面里的蔬菜包等,这些产品最初都是由航天技术转化而来,而我国现如今在航天技术转化民用方面,更是已经覆盖汽车、电子通信、医疗仪器等多个民用领域。【详细】