量子計算有望在未來幫助研究人員解決一些極其複雜的問題，但在此之前，東芝研究團隊已經完成了 600 公里（373 英里）的光纖量子通信實驗。據悉，傳統計算機中的信息，只用到“0”或“1”這種單比特編碼。但是在量子計算機中，量子比特卻允許疊加態的存在，從而極大地擴展了潛在的計算能力，意味着它們能夠解決超出常規計算機能力範圍的問題。
資料圖（來自：Toshiba 官網）
比如去年，國產九章量子計算機在 200 秒內完成了一項普通超算需要 25 億年才能完成的計算。
不過量子計算的更大挑戰，在於量子比特對於環境干擾相當敏感。就算是極其微小溫度變化或波動，都可能對數據有效性造成影響，意味着長距離的量子信息傳輸也相當困難。
研究配圖 – 1：實驗裝置
好消息是，在近日發表於《自然光子學》期刊上的一篇文章中，東芝研究團隊已經介紹了他們通過光纖開展量子通信而創下的新距離紀錄。
實驗成功的關鍵，在於其開發的所謂“雙波段穩定”新技術。在量子比特的基礎上，它還會發送兩個光參考信號。
研究配圖 – 2：雙頻穩定方案
這些信號被編碼為弱光脈衝的相位延遲，其中第一個參考信號的波長，旨在抵消環境的擾動。而第二個參考信號的工作波長，則與量子比特本身相同，以用於精確控制光的相位。
基於此，東芝團隊得以將量子信號維持在幾十納米以內，反之又讓它們能夠在 600 公里的光纖上傳輸數據 —— 達到了此前紀錄的六倍。
研究配圖 – 3：關鍵速率模擬與結果
儘管這並不是當前已經取得的最遠距離的量子信息傳輸紀錄，因為衛星傳輸依然憑藉 1200 公里（746 英里）的優勢高居榜首，但量子互聯網仍需與衛星 / 光線網絡混合使用。
團隊指出，這項技術或最先用於量子密鑰分發（簡稱 QKD）。得益於量子物理學的奇怪規則，這種加密技術會在被第三方觀察時導致行為改變，使得用戶能夠提高警惕、且對潛在的黑客毫無用處。
研究配圖 – 4：量子比特提取的二進制點位映射圖
東芝歐洲量子技術部門負責人 Andrew Shields 表示：“近年來，量子密鑰分發已被用於城域網的防護”。
而這項最新的進展，又進一步擴展了量子鏈路的最大跨度，有助於實現跨城市、國家、甚至大陸的傳輸，而無需使用受信任的中間節點。
通過與衛星 QKD 方案一同實施，新方案將有助於我們在全球範圍內建立一個基於量子通信的安全網絡。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《Nature Photonics》期刊上，原標題為《600-km repeater-like quantum communications with dual-band stabilization》。