首次通过普通光纤网络远距离传输量子信息

科学家首次通过普通光纤网络传输量子信息158英里，无需昂贵冷冻设备，成本大幅降低。这项突破让量子加密更贴近现实，未来可保护银行、医院等敏感数据。

科学家们实现了一项令人振奋的突破：利用普通电脑和光纤电缆，将量子信息传输了创纪录的158英里。这不仅是量子通信领域的里程碑，更意味着超安全的数据传输方式——量子通信，首次成功融入现有的电信基础设施，且无需传统上所需的昂贵低温冷却设备。

Mirko Pittaluga 是这项研究的领头人，他和 Toshiba Europe 的团队在德国的 Kehl 和 Frankfurt 两个数据中心之间，通过普通光纤网络发送量子信息，并在中间的 Kirchfeld 数据中心设置探测器。这套三点式系统让量子信息得以跨越150多英里的距离，远超此前仅在实验室实现的记录。Pittaluga 自豪地说：“我们的设备就运行在埋于道路和火车站下的光纤旁，与日常通信网络并肩工作。”

这项技术为何如此重要？传统互联网以比特为单位传输信息，比特的值固定为1或0。而量子通信使用量子比特(qubits)，它们能同时存储多种状态，极大提升了数据安全性。试想，银行转账、医院病历这些敏感信息，若被黑客截获，可能在未来被量子计算机破解。Pittaluga 解释道：“如今的加密密钥依赖数学算法，但在量子计算机面前，它们迟早会变得脆弱。”

量子通信提供了一种更坚固的解决方案：量子密码学。它的加密密钥基于量子力学原理，几乎不可能被逆向破解。David Awschalom，芝加哥大学的物理学教授，称赞道：“这项实验堪称完美，展现了量子通信在现实世界中的潜力。”他指出，这种技术能覆盖整个城市甚至邻近城市，为银行、医院等机构提供无懈可击的通信保障。

然而，量子通信的挑战在于如何在长距离内高效传输。传统上，量子信息以单个光子的形式发送，而检测这些光子需要昂贵的超导探测器，价格高达数十万美元，还需用液氦冷却至零下454华氏度以下。这种设备显然无法融入现有网络。Pittaluga 的团队另辟蹊径，采用了成本仅数千美元的雪崩光电二极管。这种探测器无需极低温度，运行条件与现有互联网设备相近。

不过，雪崩光电二极管也有短板：它们检测单个光子的效率较低，且容易受到“后脉冲效应”的干扰，即前一次传输的残留信号会干扰当前检测。为此，团队巧妙设计了两组探测器，一组读取信号，另一组过滤环境噪声，有效解决了这一问题。

这项突破让“量子互联网”的梦想更近了一步。想象一个未来，敏感数据在网络间飞速传输，却无需担心被窃听或破解。Prem Kumar，西北大学的工程学教授，警告说：“如今的网络数据可能被黑客储存，等待未来破解。这就是‘现在收集，稍后解密’的威胁。”量子加密正是应对这一威胁的利器。

尽管如此，量子通信的普及仍需时日。Awschalom 乐观预测：“十年内，我们或许能看到量子加密广泛应用于数据保护，甚至建成覆盖城市的量子网络。”但目前，这项技术成本依旧较高，实施难度也不小。

Pittaluga 的团队用实际行动证明，量子通信不再是实验室里的幻想。它正一步步走向现实，守护我们的数字世界。

本文译自 WSJ，由 BALI 编辑发布。