InVisor科研新闻 | 搭建量子网络，“量子之父”又有突破性进展啦！！

如果说5G时代是5年之后的未来，那么芳老师相信总有一天量子通信网络在世界范围内的搭建也是可以想象的！

嗯，“总有一天”，芳老师只能这么说了，因为想要搭建一个相对成熟的量子网络，在发明量子计算机以及解决量子通信上的问题都是非常困难的事情。就拿量子计算机来说吧，想要其正常运行得将它冷却到接近绝对零度才行，这种运行条件简直太苛刻了鸭！！

但芳老师还是觉得量子网络是肯定会建起来的，为啥InVisor芳老师会这样肯定嘞？嗯，毕竟芳老师真的是畅想下载电影不用等待的时代！你想想，5G时代下载一部电影只需几秒钟，而量子通信连等待的时间都帮你省去了，点开即看，简直高效率！！量子通信这么牛还得从量子的自身性质说起。量子通信背后重要的理论基础就是“量子纠缠”。

相信很多同学这几年“量子纠缠”这个词都快听烂了，可就是不知道它是咋回事。其实，你不能理解也没啥，人家爱因斯坦当初也是无法接受，还和薛定谔一起嘲笑过提出这一理论的玻尔先生。但所谓的量子纠缠（Quantum Entanglement）就是——如果将两个量子（也就是光子、质子、电子等等的微小粒子）相互作用了之后，这两个量子就紧密关联了，哪怕是相隔万里，只要你对其中一个量子进行测量，波函数就会坍塌，那另一个量子一定是这个量子的互补态。可谓是“海内存知己，天涯若比邻”的最“科学”的验证～

那么这个时候，很多同学就会想了，通过量子纠缠是不是就可以完成超远距离传递信息呢？因为这玩意儿不会受距离的限制，并且都是同时发生！！所以，这也难怪爱因斯坦要站出来提出质疑了，如果相隔超远还可瞬时完成通信，那么就可以推测这一信息是能够“超光速传输”的，这就跟爱因斯坦的相对论相悖了嘛～

所以爱因斯坦就说，嗯，玻尔你这套理论还不是很完备，一定有什么东西你没有发现（爱因斯坦的隐变量理论由此而生），看来你还需得多多努力鸭！然后玻尔不服，说我这套理论就是完备的，实验每次也都是成功的，怎么着吧！于是乎这二人就这样相爱相杀了好多年…

咳咳，说回来，咱们国家对于量子网络的建立其实一直都在努力，比如量子安全通信京沪干线，以及在2016年向太空发射的第一颗量子科学卫星“墨子”都是我们向构建量子网络的卓越尝试。不过，这里不得不提到在这些非凡成果背后的人物——我国的“量子之父”潘建伟教授。他是中科大的副校长，一直都在量子通信这块儿“摸爬滚打”了好些个年头，梦想能通过建立中国量子实验室来帮助祖国迈向“量子霸权”的山顶。

最近他们又有新成果了！在两个相隔50公里并由光纤连接的量子储存器间成功地实现量子纠缠！！！虽然这看上去平平无奇（才50公里？不是说什么样儿的距离都可以嘛？！），但想要建立量子网络，这的确是最基础的一步了。这量子储存器就相当于现代通信网络中的基站，它是由两块晶体夹着个半波片组成，能吸收光子（敲黑板，这点很重要！！）。你想让这两个量子储存器实现量子通信，那就得使其原子发生纠缠。而一般要想使得两个原子发生纠缠，可以让他们俩亲密碰撞一下，但想让原子碰撞可不是那么简单的事情，不然科学家也不会发明什么原子对撞机了，所以这个思路不仅复杂成本还高，要建个网络都这么麻烦，以后建立那么多量子“基站”岂不是要当场去世？！

对此，潘建伟教授的团队想出了两种方案——单光子方案和双光子方案。

首先咱们先说说双光子，咱们先这样，我们拿激光去照射原子，由于光子能量小，速度快，达到碰撞的条件（且不会耗费太多的能量，成本低），就有几率让光子和原子发生纠缠。于是，A、B原子就这样分别和a、b光子发生纠缠了。然后，潘建伟教授团队就分成两组，带着A-a原子光子和B-b原子光子到相隔几十公里的两个地方开始实验。

理论上，由于A和a（B和b）发生了纠缠，如果让a和b也发生纠缠，那么A和B就也相当于发生了纠缠，这样相隔万里的基站就相当于是建好了，以后想传递什么信息直接用这两个量子储存器就可以了。这两个量子储存器就像黑帮交易的两位老大，让和他们“拜了把子”的光子小弟去“发生关系”（嘻嘻嘻），小弟发生了关系，老大也就相当于也发生了关系。不过，这样下来原子成功发生纠缠的概率不尽人意（毕竟量子力学都是靠概率的嘛）～

单光子和双光子思路相同，但唯一的区别就是把光子变成了叠加态的光子，或生或死，虽然难度增加了，但是只要有一个光子成功把量子信息送到，就可以发生纠缠，成功率比双光子高，还延长了传送距离（从双光子的22千米到单光子的50千米）。可以说，光子可谓是完成量子纠缠、传送量子信息的理想载体、伟大功臣！！

但…这里又出现了一个问题：这个光子啊，很不靠谱，它跑得越远，量子信号衰减程度越大，跑到最后或许就莫得了… 咱比方说，它穿越100千米光纤的成功率是百分之一，但你要是让它穿越500千米，成功率断崖式下跌至百亿分之一，信息传输呈指数型的损耗，这还了得！？

潘建伟教授兵来将挡水来土掩，又想出一个好法子：他们打算用量子中继技术来突破传输距离短这一壁垒。玩过《我的世界》这款游戏的同学们都知道红石中继器吧，在游戏中它可以把红石信号给加强，使信号传输更远（芳老师MC老粉了~）。这里也一样，咱们可以把传输距离分成短的几份，每份之间加个量子中继器进行级联，每份间信息损耗较小，这样就可以远距离传输信息了！此外，该团队还通过发展高亮度光子和原子纠缠源（使用一种叫做腔增强的量子效应来制备纠缠的光子和原子）以及研发周期极化铌酸锂波导把量子中继的传导效率提升了16个数量级。