实验首次实证:量子通信优于传统信息传输方式

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据国外媒体报道,量子计算机仍然是一三个白梦想,日后量子通信的时代机会到来。巴黎的一项新实验在正确处理抽样匹配问題时首次证明,量子通信优于传统的信息传输法律妙招。

论文合著者,巴黎索邦大学电气工程师Eleni Diamanti表示,“亲戚亲戚大伙儿儿是第一三个白在双方传递信息中显示出量子优势的。”其协作者是巴黎狄德罗大学计算机科学家Iordanis Kerenidis和Niraj Kumar。

量子机器利用物质的量子价值形式对信息进行编码,亲戚亲戚大伙儿儿普遍认为它将彻底改变现有的计算科学。但你这种创造创造发明 进展缓慢。当工程师们努力打造基本的量子计算机时,理论计算机科学家们却遇到了一三个白根本性障碍:亲戚大伙儿儿无法证明经典计算机永远无法完成量子计算机设计的任务。之类,在去年夏天,一位来自德克萨斯州的少年证明,一三个白长期以来被认为能能能能 通过量子计算机快速正确处理的问題,能能能 通过经典计算机快速正确处理。

然而在通信领域,量子法律妙招的好正确处理能 得到证明。十多年前,计算机科学家证明,大概在理论上量子通信比传统传递信息的法律妙招要好。

“大多数人一定会研究计算任务。亲戚亲戚大伙儿儿研究的一三个白很大优势在于,在通信中使用量子法律妙招的优点是能能 证明的。”Kerenidis如是指出。

804年,Kerenidis和另外两名计算机科学家设想了要是一三个白场景:一有有一人个 需用将信息发送给要是人,要是要是人就能能 回答特定的问題。研究人员证实,量子装置能能 通过比经典通信系统更少的指数级信息来完成这项任务。日后亲戚大伙儿儿所设想的量子价值形式是纯理论的,远远超出了当时的技术水平。

“亲戚亲戚大伙儿儿能能 证明你这种量子优势,但实际上好难实现量子协议,”Kerenidis说。

这项新研究对Kerenidis和他的同事们设想的情景进行了修改。该研究讨论的问題涉及一三个白用户,爱丽丝和鲍勃。爱丽丝有一组编号的球。每个球的颜色是随机的红色或浅蓝色。鲍勃想知道随意选用的一对球是相同的颜色还是不同的颜色。爱丽丝希望尽机会少地向鲍勃发送信息,一起仍然确保鲍勃能能 回答他的问題。

你这种问題叫做“抽样匹配问題”。“它对密码学和数字货币一定会影响,在那此领域,用户通常希望交换信息,而未必透露亲戚大伙儿儿所知道的一切。它也非常适合展示量子通信的优势。”

加州理工学院计算机科学家托马斯·维迪克(Thomas Vidick)说,“你能能 要是说,‘我愿意日后你发送一部电影机会一三个白千兆的东西并把它编成一三个白量子情况’”,从而通过你这种任务来找到量子通信的优势,“你需用关注更微妙的任务。”

若要通过经典通信法律妙招正确处理抽样匹配问題,爱丽丝需用向鲍勃发送与球数平方根成比例的信息。日后量子信息的非正统性使得更有效的正确处理法律妙招成为机会。

在新工作中使用的实验室设置中,爱丽丝和鲍勃通过激光脉冲进行通信。每个脉冲代表一三个白球。脉冲会通过一三个白分束器,分束器将每个脉冲的一半发送给爱丽丝,另一半发送给鲍勃。当一三个白脉冲到达爱丽丝时,她能能 移动激光脉冲的相位来编码每个球的信息——无论是红球还是蓝球。

与此一起,鲍勃将他所关心的两对球信息编码到他那一半的激光脉冲中。日后那此脉冲汇聚到要是分束器中,在那里它们相互干扰。这两组脉冲相互干扰的法律妙招反映了每个脉冲的相位被移动的法律妙招。要是一来,鲍勃能能 读出周边光子探测器上的干涉图样。

在鲍勃“读取”爱丽丝的激光信息日后,爱丽丝的量子信息能能 回答关于任意一对球的任何问題。但在读取量子信息的过程中,鲍勃破坏了所有信息,只获得了一对球的信息。

量子信息能能 以多种法律妙招进行读取,但最终能能能能 以你这种法律妙招读取。量子信息的你这种价值形式极大减少了为正确处理采样匹配问題而需用传输的信息量。机会爱丽丝需用给鲍勃发送80个经典比特数来确保他能能 回答出问題,没人 只需用发送大概10个量子位就能完成同样的任务。

科罗拉多州博尔德市美国天体物理联合实验室物理学家、专门从事量子技术研究的格雷姆·史密斯(Graeme Smith)说,“机会你想打造一三个白真正的量子网络,这有你在需用要做的原则性证明。”

这项新实验是相比于经典法律妙招的彻底胜利。研究人员进入实验,确切知道要正确处理你这种问題需用传递有几个经典信息。日后亲戚大伙儿儿无可争议地证明,量子通信法律妙招能能 以你这种更精简的法律妙招正确处理问題。史密斯说:“在这篇论文中,亲戚亲戚大伙儿儿很高兴看过亲戚亲戚大伙儿儿真的在努力证明用经典通信法律妙招来完成这件事是困难的,日后用量子法律妙招完成了这件困难的事情。”

你这种研究结果还提出了实现计算机科学长期目标的另你这种途径:证明量子计算机优于经典计算机。你这种量子“霸权”在纯计算领域好难确立,但很多重要问題不仅仅事取决于计算。

Kerenidis说:“将亲戚亲戚大伙儿儿能做的与计算和通信能力这两件事结合起来,将更容易证明量子优势。”