英国巴斯大学的物理学家已经开发出新一代特种光纤，旨在应对即将到来的量子计算时代的数据传输挑战。

量子技术有望提供无与伦比的计算能力，让我们能够解决复杂的逻辑问题，开发新药，并提供坚不可摧的加密技术以确保通信安全。然而，由于光纤的实心芯，当今用于全球信息传输的电缆网络对于量子通信来说可能不是最佳选择。

与常规光纤不同，巴斯大学制造的特殊光纤具有微结构芯，该芯由沿光纤整个长度延伸的复杂气孔图案组成。

巴斯大学物理系的克里斯蒂娜·鲁西莫娃博士说：“传统光纤是如今电信网络的主力军，它们传输的光的波长完全由石英玻璃的损耗决定。然而，这些波长与基于光子的量子技术所需的单光子源、量子比特和有源光学组件的工作波长不兼容。”

鲁西莫娃博士及其同事在《应用物理快报量子》上发表的一篇学术论文中，描述了巴斯大学制造的最先进的光纤，以及量子计算这一新兴领域的其他近期和未来发展。

论文的主要高级作者鲁西莫娃博士（Rusimova）补充说：“光纤的设计和制造是巴斯大学物理系研究的前沿，而我们正在为量子计算机研发的光纤，正在为明天的数据传输需求奠定基础。”

量子纠缠

光是量子计算的一个很有前途的媒介。光的单个粒子，称为光子，具有一些独特的量子属性，这些属性可以被量子技术所利用。

其中一个例子就是量子纠缠，两个相隔很远的光子不仅相互包含对方的信息，而且能够立即影响对方的特性。与经典计算机的二进制位（要么为1，要么为0）不同，一对纠缠的光子可以同时作为1和0存在，从而释放出巨大的计算能力。

直到最近还在巴斯担任物理学家的论文第一作者卡梅伦·麦加里博士说：“量子互联网是实现这些新兴量子技术巨大前景的关键要素。

“就像现有的互联网一样，量子互联网也将依靠光纤来从节点到节点传递信息。这些光纤可能与当前使用的光纤大相径庭，因此需要不同的支撑技术才能发挥作用。”

从他们的角度来看，研究人员从光纤技术的角度讨论了量子互联网相关的挑战，并提出了一系列针对强大、大规模的量子网络可扩展性的潜在解决方案。

这既包括用于远程通信的光纤，也包括特殊光纤，这种特殊光纤允许量子中继器直接集成到网络中，以扩大这种技术的操作距离。

除了连接节点之外

他们还介绍了特种光纤如何能够超越连接网络节点的功能，通过在节点本身充当纠缠单光子的来源、量子波长转换器、低损耗开关或量子存储器的容器，来实现量子计算。

麦加里博士表示：“不同于通常用于电信的光纤，在巴斯常规制造的特种光纤具有微结构芯，该芯由沿着光纤整个长度运行的复杂空气袋图案组成。

这些空气泡的图案允许研究人员控制光纤内光的特性，并创造纠缠的光子对，改变光子的颜色，甚至将单个原子困在光纤内。”

物理学系博士后研究员凯里安·哈灵顿博士表示：“全球研究人员正在以工业界感兴趣的方式，在微结构光纤的性能方面取得快速且令人兴奋的进展。”

“我们的观点阐述了这些新型纤维的激动人心的进步，以及它们如何造福未来的量子技术。”

巴斯大学英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）量子事业加速研究员亚历克斯·戴维斯博士补充道：“正是光纤能将光严格限制住，并在长距离传输的特性使其变得实用。”

“除了产生纠缠光子外，这还可以让我们产生更奇异的量子光态，这些光态在量子计算、精密传感和牢不可破的消息加密方面都有应用。”

量子优势——即量子设备比传统计算机更有效地执行任务的能力——尚未得到确凿的证明。该观点中提到的技术挑战可能会为量子研究开辟新的途径，并使我们更接近实现这一重要里程碑。在巴斯制造的这些光纤有望为未来的量子计算机奠定基础。

参考：Cameron McGarry、Kerrianne Harrington、Alex O. C. Davis、Peter J. Mosley和Kristina R. Rusimova于2024年7月29日在《APL Quantum》上发表的“量子应用中的微结构光纤：展望”。DOI：10.1063/5.0211055