英國巴斯大學的物理學家開發出了新一代特種光纖，以應對未來量子計算時代預計將出現的數據傳輸挑戰。

量子技術有望提供無與倫比的計算能力，使我們能夠解決復雜的邏輯問題、開發新藥并為安全通信提供牢不可破的加密技術。然而，由于光纖的實心芯，當今用于在全球范圍內傳輸信息的有線網絡可能不適合量子通信。

與普通光纖不同，巴斯大學制造的特種光纖具有微結構芯，由沿光纖整個長度分布的復雜氣穴圖案組成。

“當今電信網絡的主力是傳統光纖，它傳輸的光的波長完全由石英玻璃的損耗決定。然而，這些波長與光量子技術所需的單光子源、量子比特和有源光學元件的工作波長不兼容。” 巴斯大學物理系 的 Kristina Rusimova 博士說道 。

魯西莫娃博士和她的同事在今天發表在 《應用物理快報量子》上的一篇學術論文中描述了巴斯大學制造的最先進的光纖，以及新興量子計算領域的其他近期和未來發展 。

這篇論文被稱為“觀點”，主要作者魯西莫娃博士補充道：“光纖設計和制造是巴斯大學物理系研究的前沿，我們為量子計算機開發的光纖為未來的數據傳輸需求奠定了基礎。”

量子糾纏

光是一種很有前途的量子計算媒介。光的單個粒子被稱為光子，它們擁有一些獨特的量子特性，可被量子技術所利用。

量子糾纏就是一個例子，兩個相距很遠的光子不僅彼此擁有信息，還能即時影響彼此的屬性。與傳統計算機的二進制位(要么是 1，要么是 0)不同，糾纏光子對實際上可以同時以 1 和 0 的形式存在，從而釋放出巨大的計算能力。

卡梅倫·麥加里博士曾是巴斯大學的物理學家，也是該論文的第一作者，他說：“量子互聯網是實現這種新興量子技術的廣闊前景的重要組成部分。

“與現有的互聯網非常相似，量子互聯網將依靠光纖在節點之間傳遞信息。這些光纖可能與目前使用的光纖非常不同，需要不同的支持技術才能發揮作用。”

從他們的角度來看，研究人員從光纖技術的角度討論了量子互聯網的相關挑戰，并提出了一系列實現穩健、大規模量子網絡可擴展性的潛在解決方案。

這包括用于長距離通信的光纖和允許量子中繼器的特種光纖，它們直接集成到網絡中，以延長該技術可以運行的距離。

超越連接節點

他們還描述了特種光纖如何超越連接網絡節點的功能，通過充當糾纏單光子源、量子波長轉換器、低損耗開關或量子存儲器容器，在節點本身實現量子計算。

麥加里博士表示：“與標準用于電信的光纖不同，巴斯常規制造的特種光纖具有微結構芯，由沿光纖整個長度延伸的復雜氣穴圖案組成。

“這些氣穴的模式使得研究人員可以縱光纖內部光的特性，創建糾纏的光子對，改變光子的顏色，甚至捕獲光纖內的單個原子。”

物理系博士后研究員Kerrianne Harrington 博士說：“世界各地的研究人員正在以業界感興趣的方式快速而令人振奮地提高微結構光纖的性能。”

“我們的觀點描述了這些新型光纖令人興奮的進展以及它們如何有益于未來的量子技術。”

巴斯大學 EPSRC 量子職業加速研究員亞歷克斯戴維斯博士補充道：“光纖能夠緊密限制光并將其傳輸到很遠的距離，這使得它們非常有用。

“除了產生糾纏光子之外，這還使我們能夠生成更多奇特的光量子態，應用于量子計算、精密傳感和堅不可摧的信息加密。”

量子優勢(即量子設備比傳統計算機更高效地執行任務的能力)尚未得到最終證實。本文中指出的技術挑戰可能會開辟量子研究的新途徑，并使我們更接近實現這一重要里程碑。巴斯大學制造的光纖有望為未來的量子計算機奠定基礎。

巴斯大學的研究團隊還包括高級講師 彼得·莫斯利博士。