陸軍研究人員發(fā)現(xiàn)了一種進(jìn)一步增強(qiáng)量子系統(tǒng)的方法，可以為士兵提供更可靠，更安全的戰(zhàn)場能力。

具體而言，這項(xiàng)研究為將來的量子網(wǎng)絡(luò)如何設(shè)計(jì)以應(yīng)對噪聲和退相干的影響，或環(huán)境中量子系統(tǒng)信息的損失提供了信息。

作為美國陸軍現(xiàn)代化戰(zhàn)略中優(yōu)先研究的領(lǐng)域之一，量子研究將有助于在2035年之前將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐恢Ф囝I(lǐng)域部隊(duì)，并承擔(dān)其持久職責(zé)，作為提供美國防御的聯(lián)合部隊(duì)的一部分。

美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究員布萊恩·科比博士說：“量子網(wǎng)絡(luò)和整個(gè)量子信息科學(xué)將有可能導(dǎo)致計(jì)算，通信和傳感能力的超越。” “陸軍關(guān)注的示例應(yīng)用包括安全秘密共享，分布式網(wǎng)絡(luò)感知和有效決策。”

這項(xiàng)研究工作考慮了色散(在光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的非常普遍的效應(yīng))如何影響三個(gè)或更多光粒的量子態(tài)。

色散是一種效應(yīng)，當(dāng)光脈沖通過諸如光纖之類的介質(zhì)傳輸時(shí)，光脈沖會(huì)及時(shí)散開。這種影響會(huì)破壞通信系統(tǒng)中的時(shí)間相關(guān)性，從而可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)速率降低或引入錯(cuò)誤。

為了了解這一點(diǎn)，柯比說，考慮一下同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)光脈沖的情況，目標(biāo)是將它們發(fā)送到兩個(gè)不同的探測器，以便它們同時(shí)到達(dá)。如果每個(gè)光脈沖通過不同的色散介質(zhì)(例如兩條不同的光纖路徑)，則每個(gè)脈沖將隨時(shí)間擴(kuò)展，最終使脈沖的到達(dá)時(shí)間不那么相關(guān)。

柯比說：“令人驚訝的是，事實(shí)證明，量子力學(xué)的情況有所不同。” “在量子力學(xué)中，可以描述稱為光子的單個(gè)光粒子的行為。在這里，巴爾的摩縣馬里蘭大學(xué)的研究小組成員詹姆斯·弗蘭森教授表示，量子力學(xué)可以在某些情況下每個(gè)光子上的色散實(shí)際上可以抵消，因此到達(dá)時(shí)間保持相關(guān)。”

柯比說，這樣做的關(guān)鍵是所謂的糾纏，即量子系統(tǒng)之間的強(qiáng)相關(guān)性，這在古典物理學(xué)中是不可能的。

在這項(xiàng)經(jīng)過同行評議的《物理評論》 A上發(fā)表的新著作“三個(gè)或更多光子的非局部色散抵消”中，研究人員將分析擴(kuò)展到三個(gè)或更多糾纏光子的系統(tǒng)，并確定了在哪些情況下量子系統(tǒng)的性能優(yōu)于經(jīng)典系統(tǒng)。這是來自類似研究的獨(dú)特之處，因?yàn)樗紤]了噪聲對兩個(gè)量子位以上糾纏系統(tǒng)的影響，而糾纏系統(tǒng)是主要關(guān)注點(diǎn)。

柯比說：“這說明了未來的量子網(wǎng)絡(luò)將如何設(shè)計(jì)來處理噪聲和退相干的影響，在這種情況下，是專門針對色散的。”

另外，基于弗蘭森在雙光子系統(tǒng)上的初步工作的成功，有理由假設(shè)，只要在系統(tǒng)的另一部分上適當(dāng)?shù)貞?yīng)用色散，就可以抵消在一個(gè)量子系統(tǒng)的一部分上的色散。

柯比說：“我們的工作表明，通常，當(dāng)您轉(zhuǎn)向三個(gè)或更多光子的糾纏系統(tǒng)時(shí)，不可能實(shí)現(xiàn)完美的補(bǔ)償。” “因此，未來量子網(wǎng)絡(luò)中的色散緩解可能需要在每個(gè)通信通道中獨(dú)立進(jìn)行。”

此外，柯比說，這項(xiàng)工作對于量子通信很有價(jià)值，因?yàn)樗梢蕴岣邤?shù)據(jù)速率。

Kirby說：“需要精確的時(shí)間來關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)上的檢測事件。” “通常，由于色散導(dǎo)致的量子系統(tǒng)之間時(shí)間相關(guān)性的減少將有必要在傳輸之間使用更大的定時(shí)窗口，以避免混淆順序信號。”

由于Kirby及其同事的新工作描述了如何限制網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合檢測時(shí)間的不確定性，因此它將允許后續(xù)的傳輸更快地進(jìn)行。

這項(xiàng)研究的下一步是確定這些結(jié)果是否可以在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中輕松驗(yàn)證。