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1xbet官方网站量子科技

时间:2023-07-14 09:19:34

 

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  互联网上充满了高度敏感的数据。一般来说,复杂的加密技术保证了此类材料无法被拦截和读取。可是在未来,高性能量子计算机可能会在几秒钟内打破这些密钥。幸运的是,量子力学方法不仅提供了更新、更快的算法,还提供了非常有效的密码学。正如行话所说,量子密钥分发(QKD)可以安全地抵御通信信道的攻击,但不能抵御设备本身的攻击或操作。因此,设备可能会输出制造商之前保留的密钥,该密钥本可以传递给黑客。这是一个与设备无关的QKD(缩写为DIQKD)故事。这项技术自20世纪90年代以来一直为人所知,但是最近才由慕尼黑大学物理学家Harald Weinfurter和新加坡国立大学的Charles Lim所领导的国际研究团队实验完成。

  交换量子密钥的方法有很多种。发射器向接收器发送光信号,或使用纠缠量子系统。在本实验中,科学家们在慕尼黑大学校园中相距400米的两个实验室中使用了两个量子机械缠绕的铷原子。这两个设备由一根700米长的光纤电缆连接,该电缆位于主楼前的Geschwister Scholl广场下。为了制造纠缠,科学家首先用激光脉冲刺激每个原子。之后,原子自发返回到基态,每个原子释放一个光子。由于角动量守恒原理,原子的自旋与其发射光子的极化纠缠在一起。这两个光粒子通过光纤电缆传输到接收站,在那里对光子的组合测量揭示了原子的量子内存纠缠。

  为了交换密钥,爱丽丝和鲍勃——密码学家常于测量原子量子态的两方昵称。在每种情况下,这都是在两个或四个方向上随机完成的。如果方向对应,由于纠缠,测量结果是相同的,可用于生成密钥。与其他测量结果一起,可以用于评估贝尔不等式。物理学家John Stewart Bell最初开发了这些不等式,以测试是否可以用隐藏的变量来描述自然现象。

  研究人员Weinfurter表示:“事实证明它不能。”Weinfurter解释说,在DIQKD中,该测试“专门用于确保设备没有操作——也就是说,隐藏的测量结果没有事先保存在设备中”。Charles Lim说,与之前的方法不同的是,新加坡国立大学研究人员开发的已实现协议中使用两种密钥生成测量设置,而不是一种:“通过引入密钥生成的附加设置1xbet官方网站,拦截信息变得更加困难,因此该协议甚至可以容忍更多的噪音并生成密钥,即使在质量较低的纠缠状态下也是如此。”

  相比之下,在使用传统的QKD方法时,只有当使用的量子器件具有足够好的表象时,才能保证安全性。这篇论文的四位主要作者之一Tim van Leent解释说:“此类协议的用户必须依赖QKD供应商提供的规格,并相信该设备在密钥分发期间不会切换到另一种操作模式。”Van Leent认为,至少十年来,众所周知,旧的QKD设备可以轻易地从外部被黑客入侵。Weinfurter解释到:“使用我们的方法,可以使用非特征化且可能不值得信赖的设备生成密钥。”

  事实上,除了慕尼黑大学与新加坡国立大学的合作项目外,牛津大学的另一个研究小组还发表了一种与设备无关的密钥分布。研究人员在同一实验室使用了由两个纠缠离子组成的系统。Charles Lim表示:“这两个项目为未来的量子网络奠定了基础,在这些网络中,遥远的地方之间可以进行绝对安全的通信。”研究人员的下一个目标之一是扩展系统,容纳更多的纠缠原子对。Van Leent认为:“这将会生成更多的纠缠状态,增加数据速率,并最终提升密钥的安全性。”

  此外,研究人员希望扩大范围。在目前的设置中,受到实验室之间纤维中约一半光子损失的限制。在其他实验中,研究人员能够将光子的波长转换为适合电信的低损耗区域。通过这种方式,只需一点额外的噪音,他们就能设法将量子网络连接的范围增加到33公里。

  纠错一直是通用量子计算机面临的一大难题。近日,日本理化研究所(RIKEN)的研究团队,发布了一种基于硅的三量子比特系统中的纠错,找到了通往未来量子计算的大门,研究成果发表于近期的《自然纳米科学》中。

  RIKEN团队将基于硅的自旋量子的比特数量从2个纠缠增加到3个,突显了自旋量子比特实现多量子算法的潜力。在进行特定类型的计算时,量子计算机很可能将传统计算机留在往昔的尘烟中。它们基于量子比特或量子位,量子比特是传统计算机使用比特的量子等价物。虽然不如其他一些量子比特技术成熟,但被称为硅量子点的微小硅斑点具有几种特性,使其对实现量子比特非常有吸引力。这些包括长相干时间、高保真电气控制、高温操作和巨大的可扩展潜力。

  然而,为了有效地连接几个硅基自旋量子比特,能够纠缠两个以上的量子比特至关重要,直到现在,物理学家一直在回避这一点。RIKEN研究人员现在已经初始化并测量了高保真度的硅三量子比特阵列(量子比特处于预期状态的概率)。他们还将三个纠缠的量子比特组合在单独一个设备中。

  这次的实验是将基于自旋量子比特的量子系统能力扩展的第一步。研究人员Tarucha解释说,双量子位运算足以执行基本的逻辑计算1xbet官方网站。但三量子位系统是扩展和实现错误校正的最低单位。研究团队的器件由硅/硅锗半导体异质结构的三量子点组成,并通过铝门控制。每个量子点可以容纳一个电子,其自旋和自旋状态编码一个量子比特。片上磁铁产生磁场梯度,将三个量子比特的共振频率分开,以便它们可以单独寻址。

  研究人员首先通过实现两个量子比特门(一个构成量子计算设备的小型量子电路)来纠缠两个量子比特。然后,他们通过结合第三个量子位和门实现了三量子位纠缠。由此产生的三量子位状态的保线%,并处于纠缠状态,可用于纠错。这次演示只是一个雄心勃勃的研究过程的开始,形成了一台大规模的量子计算机。Tarucha说,我们计划使用三量子比特设备演示原始错误校正1xbet官方网站,并制造具有十个或更多量子比特的设备。然后,我们计划开发50到100个量子位,并实施更复杂的纠错协议,为十年内大规模量子计算机铺平道路。

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