英國巴斯大學物理學家開發出新一代特種光纖，以應對未來量子計算時代出現的數據傳輸挑戰。該成果有望推動大規模量子網絡的擴展。研究成果發表在新一期《應用物理快報·量子》上。

明亮的光線通過新設計的光纖傳導。圖片來源：卡梅隆·麥克嘉里/英國巴斯大學

量子技術備受期待之處，在于它能以前所未有的計算能力使人們解決復雜的邏輯問題、開發新藥，同時，量子技術還能通過提供牢不可破的加密技術，為人們帶來更安全的通信。然而，由于光纖的實心芯，當今在全球范圍內傳輸信息的有線網絡，并不適合未來的量子通信。

傳統光纖傳輸的光的波長，由石英玻璃的損耗決定。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。因此，研究人員必須開發出相應的支持設備，才能保證其在未來量子網絡中發揮作用。

此次，巴斯大學研究人員從光纖技術的角度分析了量子互聯網的相關挑戰，提出了一系列實現穩健、大規模量子網絡可擴展性的解決方案，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。新制造的特種光纖與標準電信光纖不同，其具有微結構芯，由沿光纖整個長度分布的復雜氣穴圖案組成。這些圖案使人們可操縱光纖內部光的特性，創建糾纏光子對，改變光子的顏色，甚至捕獲光纖內部的單個原子。

研究團隊介紹說，特種光纖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，能在節點本身實現量子計算。同時，特種光纖可直接集成到網絡中，極大延長了可運行距離。

新型光纖還能生成更多奇特的光量子態，應用于量子計算、精密傳感和信息加密，這也為未來的量子計算機大規模應用奠定了基礎。