單光子脈沖速成法確保數據安全
據英國謝菲爾德大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該校研究人員解決了量子物理中的一個(gè)關(guān)鍵性難題，開(kāi)發(fā)出了一種生成極快單光子光脈沖的方法，有助于提供全面安全的數據傳輸。
過(guò)去幾十年來(lái)，使用光沿著(zhù)光纖傳輸數據變得日益普遍，但目前每個(gè)脈沖含有數百萬(wàn)個(gè)光子，這意味著(zhù)，原則上某些光子可以在不被察覺(jué)的情況下被攔截或竊聽(tīng)。雖然經(jīng)過(guò)加密的數據相對安全，但如果“竊聽(tīng)者”能攔截含有這些編碼細節的信號，那么，從理論上來(lái)講，他們就可以訪(fǎng)問(wèn)并解碼剩余的信息。
單光子脈沖提供了全面的安全性，因為任何竊聽(tīng)行為都將被立即探測到，因此，科學(xué)家一直試圖快速生成單光子脈沖，讓其能以足夠快的速度傳輸大量數據。
在最新研究中，謝菲爾德大學(xué)團隊利用一種被稱(chēng)為“珀塞爾效應”(Purcell effect)的現象，來(lái)快速地生成光子。他們將納米晶體量子點(diǎn)放置到位于更大型晶體(半導體芯片)內的腔體中，然后用激光轟擊這些量子點(diǎn)，量子點(diǎn)會(huì )吸收能量，這種能量以光子的形式發(fā)射出來(lái)。
將納米晶體放置到非常小的腔體中會(huì )使激光在腔體壁內部到處反射，如此一來(lái)，通過(guò)珀塞爾效應會(huì )加速光子的生成。但這一方法存在一個(gè)問(wèn)題：攜帶數據信息的光子很容易與激光混淆。研究人員通過(guò)將腔體內蹦出的光子和進(jìn)入芯片的光子分離開(kāi)，以區分這兩種不同類(lèi)型的脈沖，從而解決了這一問(wèn)題。
最終，團隊成功地制造出比沒(méi)有采用珀塞爾效應的方法快50倍的光子發(fā)射率。盡管這并非迄今開(kāi)發(fā)出的最快的光子光脈沖，但它生成的所有光子都相同，這對許多量子計算應用來(lái)說(shuō)非常必要。
該校光學(xué)物理系教授馬克·?？怂贡硎荆?ldquo;任何測量或‘讀取’光子的行為都會(huì )改變其特性。光子一旦受到干擾，數據將會(huì )遭到破壞并發(fā)出警報。我們的方法也解決了一個(gè)困擾科學(xué)家約20年的問(wèn)題，即如何采用珀塞爾效應高效地加速光子的生成。”(劉霞)
