明亮的光线通过巴斯大学制造的光纤引导。图片来源：Cameron McGarry，巴斯大学
英国巴斯大学的物理学家开发了新一代特种光纤，以应对未来量子计算时代可能出现的数据传输挑战。
量子技术有望提供无与伦比的计算能力，使我们能够解决复杂的逻辑问题，开发新药，并为安全通信提供牢不可破的加密技术。然而，由于光纤的实心芯，今天用于在全球范围内传输信息的有线网络对于量子通信来说可能不是最优的。
与普通光纤不同，巴斯制造的特种光纤具有微结构纤芯，由沿着光纤整个长度延伸的复杂气穴图案组成。
“传统光纤是我们当今电信网络的主力军，其传输光的波长完全受石英玻璃损耗的控制。然而，这些波长与单光子源、量子比特和有源光学元件的工作波长不兼容，而单光子源、量子比特和有源光学元件是光基量子技术所必需的，“巴斯大学物理系的克里斯蒂娜·鲁西莫娃博士说。
Rusimova博士和她的同事在发表在Applied Physics Letters Quantum上的一篇学术论文中描述了巴斯制造的最先进的纤维，以及量子计算这一新兴领域的其他最新和未来发展。
该论文的主要资深作者Rusimova博士补充说：“光纤设计和制造是巴斯大学物理系研究的前沿，我们正在开发的考虑到量子计算机的光纤正在为未来的数据传输需求奠定基础。
量子纠缠光是一种很有前途的量子计算媒介。光的单个粒子，称为光子，具有一些独特的量子特性，可以被量子技术利用。
一个这样的例子是量子纠缠，其中两个相隔很远的光子不仅可以保存彼此的信息，而且还可以立即影响彼此的特性。与经典计算机的二进制比特（1或0）不同，纠缠光子对实际上可以同时以1和0的形式存在，从而释放出巨大的计算能力。
卡梅伦·麦加里（Cameron McGarry）博士直到最近还是巴斯大学的物理学家，也是该论文的第一作者，他说：“量子互联网是实现这种新兴量子技术的巨大承诺的重要组成部分。
“就像现有的互联网一样，量子互联网将依靠光纤从一个节点传递到另一个节点的信息。这些光纤可能与目前使用的光纤非常不同，并且需要不同的支持技术才能使用。
在他们看来，研究人员从光纤技术的角度讨论了量子互联网的相关挑战，并提出了一系列潜在的解决方案，以实现强大的大规模量子网络的可扩展性。
这既包括将用于远程通信的光纤，也包括允许将量子中继器直接集成到网络中的特种光纤，以延长该技术可以运行的距离。
超越连接节点他们还描述了特种光纤如何通过充当纠缠单光子的源、量子波长转换器、低损耗开关或量子存储器的容器，从连接网络的节点到节点本身实现量子计算。
McGarry博士说：“与标准用于电信的光纤不同，巴斯大学常规制造的特种光纤具有微结构纤芯，由沿着光纤整个长度延伸的复杂气穴图案组成。
“这些气穴的模式使研究人员能够操纵纤维内部光的特性，并产生纠缠的光子对，改变光子的颜色，甚至捕获纤维内的单个原子。
“世界各地的研究人员正在以工业界感兴趣的方式在微结构光纤的能力方面取得快速而令人兴奋的进展，”物理系博士后研究员Kerrianne Harrington博士说。
“我们的观点描述了这些新型纤维的激动人心的进展，以及它们如何对未来的量子技术有益。
巴斯大学EPSRC量子职业加速研究员Alex Davis博士补充说：“纤维能够紧密限制光并长距离传输光，这使得它们非常有用。
“除了产生纠缠光子外，这还使我们能够产生更多奇特的光量子态，在量子计算、精密传感和坚不可摧的消息加密中得到应用。”
量子优势——量子设备比传统计算机更有效地执行任务的能力——尚未得到最终证明。《观点》中确定的技术挑战可能会为量子研究开辟新的途径，并使我们更接近实现这一重要的里程碑。巴斯制造的光纤有望为未来的量子计算机奠定基础。
巴斯的研究团队还包括高级讲师彼得·莫斯利博士。
更多信息：Cameron McGarry 等人，用于量子应用的微结构光纤：视角，APL Quantum （2024）。DOI： 10.1063/5.0211055
