網絡生活仍然存在風險。犯罪分子可以滲透銀行賬戶或竊取個人信息，而人工智能正在幫助使這些攻擊變得更加複雜。量子密碼學利用量子物理定律提供了強大的保護，以確保通信免遭竊聽。斯圖加特大學半導體光學和功能接口研究所 (IHFG) 的一個團隊表示，即便如此，創建一個可用的量子互聯網仍然面臨重大的技術挑戰。最困難的部件之一“量子中繼器”取得了重大突破。
他們的研究出現在 自然交流–
Quantum Dots 是一個輕量級的數據傳輸平台。
IHFG 負責人兼副發言人 Peter Mishler 教授表示：“我們在全球範圍內首次成功地在兩個不同量子點產生的光子之間傳輸量子信息。” Quantenrepeater.Net (QR.N) 研究項目。為了理解為什麼它很重要，值得考慮一下溝通是如何運作的。無論有人發送 WhatsApp 消息還是流式傳輸視頻。數據始終基於零和數字。量子通信也有類似的概念。但每個光子都充當信息載體。零或一通過光子的偏振方向（即其水平和垂直方向的方向）進行編碼。或兩種狀態的疊加），因為光子的行為符合量子力學。如果不留下可檢測的痕跡，就無法測量它們的偏振。攔截消息的嘗試將會被揭露。
為光纖量子網絡做準備
另一個重要問題涉及與當今互聯網基礎設施的兼容性。廉價的量子互聯網將依賴於目前使用的光纖。然而，通過光纖傳播的光只能傳輸有限的距離。典型信號使用光放大器每 50 公里刷新一次。量子信息無法擴展或複制。這意味著這個方法不起作用。只要信息本身未知，量子物理學就可以將信息從一個光子轉移到另一個光子。這種現象稱為量子隱形傳態。
開髮用於長距離傳輸的量子中繼器
為了利用量子隱形傳態，科學家們正在設計一種量子中繼器，可以在量子信息在光纖中丟失之前更新量子信息。這些中繼器將作為量子互聯網的關鍵節點。創建它們很困難。隱形傳態要求光子具有相似的屬性，例如時間和顏色。產生這樣的光子很困難，因為它們來自不同的來源。 IHFG 科學家、該研究的第一作者 Tim Strobel 表示：“來自各種量子點的光量子以前從未被傳送過，因為這非常具有挑戰性。”
作為 QR.N 的一部分，他的團隊開發了一種可以在近距離發射光子的半導體光源。 “在這些半導體島中，有一些恆定的能級。就像原子一樣，”史特博說。這種設置可以產生具有清晰特性的光子。 “我們在德累斯頓萊布尼茨固態和材料研究所的合作夥伴開發的量子點僅略有不同，”他補充道。這使得在兩個不同的位置創建幾乎相同的光子成為可能。
來自不同來源的光子之間的信息移動
斯圖加特大學的研究人員成功地將光子的偏振態從一個量子點轉移到由第二個量子點產生的光子。一個點發射單個光子。另一個產生糾纏的光子對。 “糾纏”意味著兩個光子即使分開，也共享相同的量子態。這對光子中的一個光子行進到第二個量子點並與其光子相互作用。當兩者重疊時，它們的疊加會將信息從原始光子轉移到糾纏對的遠處夥伴。
這一成功的關鍵在於設備的使用。調整光子之間輕微頻率不匹配的“量子頻率轉換器”這些轉換器是由薩爾大學量子光學專家 Christoph Becher 教授領導的團隊設計的。
工作距離更遠、精度更高
米甚勒解釋說：“來自不同量子點的光子之間的量子信息傳輸是彌合更大距離的關鍵一步。”在這個實驗中，兩個量子點通過約 10 米長的光纖連接，“但我們正在努力實現更長的距離，”Strobel 說。
此前的研究已經表明，光子和量子點之間的糾纏可以在穿過斯圖加特市中心 36 公里的距離內保存。該團隊還致力於提高隱形傳態的成功率。目前略高於 70%，單個量子點內的變化仍然會導致光子略有不一致。
“我們希望通過開發半導體製造技術來減少這種情況，”Strobel 博士說。 Simone Luca Portalupi，IHFG 小組組長兼研究協調員之一。他補充說：“實現這一試驗目標是一個長期的目標。這些結果反映了多年的努力和科學進步。看到專注於基礎研究的試驗如何邁出實際應用的第一步，真是令人興奮。”
全國范圍內努力創建量子中繼器技術
量子中繼器的研究由聯邦研究、技術和空間部 (BMFTR) 資助，作為“Quantenrepeater.Net QR.N 網絡由薩爾大學協調，由來自大學、研究機構和行業的 42 個合作夥伴組成，合作開發和測試光纖網絡中的量子中繼器技術。該計劃以該倡議的成果為基礎。此前由 BMFTR（原 BMBF）贊助的“Quantenrepeater.Link (QR.X)”為 2021 年至 2024 年全國量子中繼器奠定了基礎。斯圖加特大學的科學家在這兩項努力中發揮了關鍵作用。
量子隱形傳態實驗是在該研究所的領導下進行的。半導體光學和功能接口 (IHFG)，得到德累斯頓萊布尼茨固態和材料研究所 (IFW) 的支持。以及薩爾大學的量子光學研究小組。
