由 JPL 和加州理工學院創建的新探測器可以操縱數千公里外的量子計算機交換的大量量子數據。 比當前計算機運行速度快數百萬倍的潛力在於量子計算。 然而，為了讓量子計算機實現遠距離連接，將需要一個特殊的量子通信網絡。
為了幫助建立這樣一個網絡，美國宇航局噴氣推進實驗室和加州理工學院的科學家們創造了一種設備，可以以驚人的精度計算無數微小的光子（量子光的粒子）。 用於計數光量子的性能增強陣列（PEACOQ）探測器可以監測每個光子在 100 萬億分之一秒內撞擊自身的時間，速度為每秒 1,5 億個光子； 這就像測量從消防水龍帶噴出的單個水滴。 其他探測器達不到這個速度。
“到目前為止，遠距離的量子信息傳輸非常有限，”PEACOQ 項目團隊的 Ioana Craiciu 說，他是 JPL 的博士後研究員，也是該研究的第一作者。 “由於 PEACOQ 等新的檢測器技術可以以幾分之一毫秒的精度測量單個光子，以更高的速度和更遠的距離傳輸量子信息成為可能。”
傳統計算機將信息複製為一系列 1 和 0（通常稱為位），並通過調製解調器和通信網絡發送。 然後使用無線電波或閃光通過電纜、光纖和空間傳輸這些位。 檢索片段後，將它們重新組合以生成原始數據。
量子計算機之間的通信是不同的。 量子比特或量子比特用於存儲信息，這些信息是電子和光子等基本粒子，如果不被破壞就無法複製和重新傳輸。 使用編碼光子通過光纖傳輸僅幾十英里後，量子信息就會失真，這增加了難度並大大減小了任何未來網絡的潛在規模。
一個特殊的自由空間光量子網絡可以包括地球軌道衛星上的空間“節點”，以使量子計算機能夠在這些限制之外進行通信。 這些節點將通過生成糾纏的光子對並將它們發送到相距數百或數千公里的兩個量子計算機終端來充當數據傳輸器。
即使它們之間的距離很遠，糾纏的光子對也是如此相互關聯，以至於測量一個光子會立即改變測量另一個的結果。 然而，像 PEACOQ 這樣非常靈敏的探測器需要準確測量它接收到每個光子的時間並傳輸它包含的數據，以便量子計算機的終端可以接收到這些糾纏的光子。
羽毛超導體
檢測器是一種小型設備。 它在矽芯片上具有 32 根氮化鈮超導納米線，並帶有輻射連接器，探測器因此得名。 探測器只有 13 微米寬。 每根納米線比人的頭髮細 10.000 倍。
PEACOQ 探測器由 JPL 的微型設備實驗室開發，並得到 NASA 的空間通信和導航 (SCaN) 計劃的支持，必須保持在絕對零以下僅 272 華氏度（負 458 攝氏度）的低溫下。 這保持了納米線的超導狀態； 這是他們將吸收的光子轉換為傳輸量子數據的電脈衝所必需的。
檢測器必須足夠靈敏以檢測單個光子，但還必須能夠承受同時受到多個光子的轟擊。 儘管檢測器中的每個超導納米線在被光子撞擊時會暫時失去檢測更多光子的能力，但該死區時間保持在最低限度。 PEACOQ 也有 32 根納米線，因此當一根“死亡”時，其他納米線可以填補空缺。
根據 Craiciu 的說法，PEACOQ 將很快用於實驗室實驗，以展示更快速率或更遠距離的量子通信。 從長遠來看，它可以為如何在世界範圍內發送量子數據的問題提供解決方案。
深空測試
PEACOQ 基於為 NASA 的深空光通信 (DSOC) 技術演示創建的探測器，並且是 NASA 旨在實現太空與地球之間的自由空間光通信的更大計劃的一部分。 DSOC 將於今年晚些時候與 NASA 的 Psyche 任務一起首次發射，以展示未來地球與深空之間的高帶寬光通信如何工作。
雖然南加州加州理工學院帕洛瑪天文台的 DSOC 地面終端不會傳輸量子信息，但它仍然需要同樣的高精度來計算來自 DSOC 收發器激光的單個光子，因為它穿過深空。
負責 JPL 超導探測器工作的 Matt Shaw 說：“這被認為是與不同探測器類別相同的技術。 “無論它是用量子信息編碼的，還是我們想檢測來自太空激光源的單個光子，我們仍在計算單個光子，”他說。
資料來源：jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57