量子通信有潜力成为最终的安全通信通道。窃听量子通讯不仅几乎是不可能的，而且那些尝试窃听的人还会留下证据，证明他们的轻率行为。
然而，这项技术仍处于起步阶段。通过传统的通道(比如光纤)发送量子信息是很困难的:携带信息的粒子(通常是纠缠光子)经常被损坏或丢失，从而导致信号微弱或不连贯。通常，一条消息必须发送几次以确保它通过。
在一篇新论文中，芝加哥大学普利兹克分子工程学院的科学家们展示了一种新的量子通信技术，可以完全绕过这些通道。通过用信道连接两个通信节点，他们证明了这种新技术可以在节点之间以机械方式发送量子信息，而不需要占用连接信道。
这项研究由Andrew Cleland教授领导，并于6月17日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上，研究利用了两个节点之间的量子纠缠现象，显示了未来量子通信的潜在新方向。
在最近发表的另一篇论文中，克莱兰的研究小组将两个声子(声音的量子粒子)纠缠在一起——这是一项科学突破，为潜在的新技术打开了大门。
“这两篇论文代表了一种研究量子技术的新方法，”PME分子工程教授、阿贡国家实验室高级科学家克莱兰说。“我们对这些结果对量子通信和固态量子系统的未来意味着什么感到兴奋。”
可怕的量子通信
纠缠的光子和声子违背了直觉。当这些粒子在量子力学上“纠缠”时，即使粒子本身相隔很远，这种联系仍然存在。也就是说，一个粒子的变化会引起另一个粒子的变化。量子通信利用这一现象将信息编码到粒子中。
克莱兰希望找到一种方法，在传输过程中不丢失量子信息。他和他的团队，包括PME的研究生Hung-Shen Chang，开发了一个使用微波光子(手机中使用的光子)使两个通信节点纠缠在一起的系统。在这个实验中，他们使用了一根大约一米长的微波电缆来建立量子位元之间的耦合。通过控制系统的开关，他们能够使两个节点量子纠缠在一起，在它们之间发送信息，而不需要通过电缆发送光子。
“我们在1米长的电缆上传输信息，而没有发送任何光子，这是一个相当可怕和不寻常的成就，”克莱兰说。“原则上，这也适用于更远的距离。这将比通过光纤通道发送光子的系统更快、更有效。”
尽管该系统有局限性——它必须保持在非常冷的温度，即比绝对零度高出几度的温度——但它有可能在室温下使用原子而不是光子工作。然而，目前冷态版本提供了更多的控制，他和他的团队正在进行实验，将几个光子缠绕在一起，使其处于一个更复杂的状态。
用同样的方法纠缠声子
然而，纠缠粒子并不仅限于光子或原子。在6月12日发表在《物理评论X》杂志上的第二篇论文中，克莱兰和他的团队首次使两个声子(声音的量子粒子)纠缠在一起。
包括前博士后奥黛丽·比恩法特在内的团队使用一个类似的系统来与声子交流，他们使两个微波声子(其音高大约是人耳所能听到的100万倍)纠缠在一起。
一旦声子纠缠在一起，研究小组就成功地进行了所谓的“量子擦除”实验，在这个实验中，即使测量已经完成，信息也会从测量中擦除。
与光子相比，声子确实有缺点;例如，它们的寿命往往较短。然而，它们确实会与一些可能不会与光子发生强相互作用的固态量子系统发生强相互作用。
克莱兰说:“它为我们研究量子系统打开了一扇新的窗口，或许就像同样使用机械运动的引力波探测器一样，为我们研究宇宙打开了一扇新的望远镜。”
这两篇论文的其他作者包括钟益平，m.h。芝加哥大学的周、C.R.康纳、E. Dumur、J. Grebel和R.G. Povey，以及加州大学圣巴巴拉分校的G.A. Peairs和K.J. Satzinger。
引用:
- 利用可调耗散量子通信系统通过绝热通道进行远程纠缠。Chang等人，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.124.240502
资助:空军科学研究办公室，陆军研究实验室，国家科学基金会，能源部。
- 量子擦除使用纠缠表面声学声子。Bienfait等人，物理评论X. DOI: 10.1103/PhysRevX.10.021055
资助:空军科学研究办公室，陆军研究实验室，国家科学基金会，能源部。
-这个故事最初是由普利兹克分子工程学院发表的