據最新一期《自然》雜誌報道，美國賓夕法尼亞(ya) 大學工程學院領導的研究小組發明了一種芯片，其安全性和穩健性超過了現有的量子通信硬件。他們(men) 的技術通過“量子電碼”進行通信，使任何一種以前的芯片上激光器的量子信息空間翻了一番。

非量子芯片使用比特存儲(chu) 、傳(chuan) 輸和計算數據，而最先進的量子設備使用量子比特。比特可以是1或0，而量子比特是能夠同時為(wei) 1和0的數字信息單位。在量子力學中，這種同時狀態被稱為(wei) “疊加”。疊加狀態大於(yu) 兩(liang) 個(ge) 能級的量子比特被稱為(wei) 量子電碼，它可存在於(yu) 0、1和2等多個(ge) 態中。

由於(yu) 隻有兩(liang) 個(ge) 能級的疊加，量子比特的存儲(chu) 空間有限，對幹擾的容忍度很低。

此次，新實驗室設備的四能級量子密鑰使量子密碼學取得了重大進展，將信息交換的最大密鑰速率從(cong) 每脈衝(chong) 1比特提高到每脈衝(chong) 2比特。該設備提供了四個(ge) 層次的疊加，並為(wei) 進一步增加尺寸打開了大門。

研究人員表示，最大的挑戰是標準設置的複雜性和不可擴展性。雖然知道如何生成這些四能級係統，但它需要一個(ge) 實驗室和許多不同的光學工具來控製與(yu) 維度增加相關(guan) 的所有參數。現在，他們(men) 在單一芯片上實現了這一點。

量子通信使用處於(yu) 嚴(yan) 格控製的疊加態的光子。像位置、動量、極化和自旋這樣的屬性在量子水平上以多重性的形式存在，每一個(ge) 屬性都由概率決(jue) 定。隻有在探測、觀察或測量時，才能確定量子係統在瞬間呈現出的特定性質。

此次的超維自旋軌道微激光器建立在該團隊早期使用渦旋微激光器的基礎上，渦旋微激光器可以靈敏地調整光子的軌道角動量。最新的設備通過在光子自旋上增加另一個(ge) 級別的命令來升級以前的激光器的能力。這種額外的控製級別能夠操縱並耦合軌道角動量和自旋，使研究團隊能夠生成四能級係統。

同時控製所有這些參數的困難一直是阻礙集成光子學中量子激光產(chan) 生的原因，也是該團隊工作的主要實驗成就。

研究人員表示，可把光子的量子態想象成兩(liang) 顆行星堆疊在一起。以前隻有關(guan) 於(yu) 這些行星緯度的信息，現在也有了經度，這是以耦合的方式操縱光子並實現維度增加所需的信息，從(cong) 而能將它們(men) 疊加成四級。

（來源：科技日報）