互联网可以通过将光保存为声音来实现量子速度

哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的研究人员开发了一种创建量子存储器的新方法：小鼓可以存储用声波振动的光发送的数据，然后在再次需要时用新光源转发数据。结果表明，量子数据的机械存储器可能是为速度惊人的超安全互联网铺平道路的策略。

尼尔斯·玻尔(NielsBohr)旧办公室的正下方是一个地下室，散落的桌子上覆盖着小镜子、激光和通过电线网和胶带堆连接的各种类型的设备。看起来孩子的计划太过分了，他们的父母试图让他们清理，但徒劳无功。

虽然未经训练的人很难看出这些桌子实际上是一系列世界领先研究项目的所在地，但重要的事情发生在小到连牛顿定律都不适用的世界里。这就是尼尔斯·玻尔的量子物理继承者正在开发最前沿的量子技术的地方。

其中一个项目引人注目(至少对于物理学家来说)，因为肉眼可见的小玩意能够实现量子态。量子鼓是一种由陶瓷、玻璃类材料制成的小薄膜，其边缘散布着整齐的孔洞。

当用激光敲击鼓时，它开始振动，振动速度如此之快且不受干扰，以至于量子力学开始发挥作用。这一特性早已引起了轰动，因为它开辟了许多量子技术的可能性。

现在，该研究所跨量子领域的合作证明，鼓还可以在未来的量子计算机网络中发挥关键作用。与现代炼金术士一样，研究人员通过将光信号转换为声波振动，创造了一种新形式的“量子存储器”。

在他们刚刚发表的研究文章中，研究人员证明，来自量子计算机的量子数据以光信号的形式(例如，通过已经用于高速互联网连接的光纤电缆类型)发出，可以作为振动存储在量子计算机中。鼓后转发。

之前的实验已经向研究人员证明，薄膜可以保持脆弱的量子态。在此基础上，他们认为鼓应该能够接收和传输量子数据而不会“散相干”，即在量子计算机准备就绪时失去其量子状态。

“这为量子计算机真正能够做到我们期望的事情的那一天开辟了广阔的前景。量子存储器可能是远距离发送量子信息的基础。因此，我们开发的技术是基础中的关键部分尼尔斯·玻尔研究所的博士后MadsBjerregaardKristensen说道，他是这篇新研究文章的主要作者。

超快、超安全

当远距离的两台量子计算机之间或量子互联网中的许多量子计算机之间传输信息时，信号很快就会被噪声淹没。光缆越长，光缆中的噪声量呈指数增加。最终，数据将无法再被解码。

传统的互联网和其他主要计算机网络通过放大传输路径上小站的信号来解决这个噪声问题。但量子计算机要应用类似的方法，必须首先将数据转换为普通的二进制数字系统，例如普通计算机使用的系统。

这不行。这样做会减慢网络速度并使其容易受到网络攻击，因为经典数据保护在未来的量子计算机中有效的可能性非常低。

“相反，我们希望量子鼓能够承担这项任务。它已经显示出巨大的前景，因为它非常适合从量子计算机接收和重新发送信号。因此，我们的目标是扩展量子之间的连接计算机通过量子鼓接收和转发信号的站，这样做可以避免噪音，同时将数据保持在量子状态。”克里斯滕森说。

“这样做，量子计算机的速度和优势，例如与某些复杂计算相关的速度和优势，将扩展到网络和互联网，因为它们将通过利用量子态特有的叠加和纠缠等特性来实现。”

MadsBjerregaardKristensen是这项新研究的主要推动者。图片来源：哥本哈根大学

如果成功，这些站还将能够扩展量子安全连接，其量子代码也可以通过鼓来延长。在未来的量子互联网中，这些安全信号可以在不同的距离上发送——无论是围绕量子网络还是跨越大西洋。

灵活、实用且可能具有开创性的量子RAM

其他地方正在研究一种替代方案，其中将携带数据的光源指向原子系统并暂时移动原子中的电子，但该方法有其局限性。

“使用原子系统可以做的事情是有限的，因为我们无法设计原子或它们可以与我们相互作用的光的频率。我们相对‘大’的机械系统提供了更大的灵活性。我们可以修补和调整，因此，如果新的发现改变了游戏规则，那么量子鼓很有可能得到适应，”该研究文章的合著者阿尔伯特·施利瑟教授解释道。

他指出：“无论好坏，我们作为研究人员的能力很大程度上决定了这一切的运作效果。”

鼓是机械量子存储器的最新、最严肃的尝试，因为它结合了许多特性：鼓具有低信号损失，即数据信号的强度得到很好的保留。它还具有能够处理所有光频率的巨大优势，包括构建现代互联网的光纤光缆中使用的频率。

量子鼓也很方便，因为可以在需要时存储和读取数据。研究人员已经实现了23毫秒的创纪录记忆时间，这使得该技术更有可能有一天成为量子网络系统以及量子计算机硬件的构建模块。

“我们的这项研究很早就开始了。量子计算和通信仍处于发展的早期阶段，但根​​据我们获得的内存，人们可以推测量子鼓有一天将被用作一种量子RAM，一种量子信息的临时工作记忆，这将是开创性的，”教授说。