适合量子技术应用的特种光纤问世

英国巴斯大学物理学家开发出新一代特种光纤，以应对未来量子计算时代出现的数据传输挑战。该成果有望推动大规模量子网络的扩展。研究成果发表在新一期《应用物理快报·量子》上。

明亮的光线通过新设计的光纤传导。图片来源：卡梅隆·麦克嘉里/英国巴斯大学

量子技术备受期待之处，在于它能以前所未有的计算能力使人们解决复杂的逻辑问题、开发新药，同时，量子技术还能通过提供牢不可破的加密技术，为人们带来更安全的通信。然而，由于光纤的实心芯，当今在全球范围内传输信息的有线网络，并不适合未来的量子通信。

传统光纤传输的光的波长，由石英玻璃的损耗决定。这些波长与光量子技术所需的单光子源、量子比特和有源光学元件的工作波长不兼容。因此，研究人员必须开发出相应的支持设备，才能保证其在未来量子网络中发挥作用。

此次，巴斯大学研究人员从光纤技术的角度分析了量子互联网的相关挑战，提出了一系列实现稳健、大规模量子网络可扩展性的解决方案，包括用于长距离通信的光纤和允许量子中继器的特种光纤。新制造的特种光纤与标准电信光纤不同，其具有微结构芯，由沿光纤整个长度分布的复杂气穴图案组成。这些图案使人们可操纵光纤内部光的特性，创建纠缠光子对，改变光子的颜色，甚至捕获光纤内部的单个原子。

研究团队介绍说，特种光纤通过充当纠缠单光子源、量子波长转换器、低损耗开关或量子存储器容器，能在节点本身实现量子计算。同时，特种光纤可直接集成到网络中，极大延长了可运行距离。

新型光纤还能生成更多奇特的光量子态，应用于量子计算、精密传感和信息加密，这也为未来的量子计算机大规模应用奠定了基础。