單光子脈沖速成法確保數據安全

據英國謝菲爾德大學官網近日報道，該校研究人員解決了量子物理中的一個關鍵性難題，開發出了一種生成極快單光子光脈沖的方法，有助于提供全面安全的數據傳輸。

過去幾十年來，使用光沿著光纖傳輸數據變得日益普遍，但目前每個脈沖含有數百萬個光子，這意味著，原則上某些光子可以在不被察覺的情況下被攔截或竊聽。雖然經過加密的數據相對安全，但如果“竊聽者”能攔截含有這些編碼細節的信號，那么，從理論上來講，他們就可以訪問并解碼剩余的信息。

單光子脈沖提供了全面的安全性，因為任何竊聽行為都將被立即探測到，因此，科學家一直試圖快速生成單光子脈沖，讓其能以足夠快的速度傳輸大量數據。

在最新研究中，謝菲爾德大學團隊利用一種被稱為“珀塞爾效應”（Purcell effect）的現象，來快速地生成光子。他們將納米晶體量子點放置到位于更大型晶體（半導體芯片）內的腔體中，然后用激光轟擊這些量子點，量子點會吸收能量，這種能量以光子的形式發射出來。

將納米晶體放置到非常小的腔體中會使激光在腔體壁內部到處反射，如此一來，通過珀塞爾效應會加速光子的生成。但這一方法存在一個問題：攜帶數據信息的光子很容易與激光混淆。研究人員通過將腔體內蹦出的光子和進入芯片的光子分離開，以區分這兩種不同類型的脈沖，從而解決了這一問題。

最終，團隊成功地制造出比沒有采用珀塞爾效應的方法快50倍的光子發射率。盡管這并非迄今開發出的最快的光子光脈沖，但它生成的所有光子都相同，這對許多量子計算應用來說非常必要。

該校光學物理系教授馬克·福克斯表示：“任何測量或‘讀取’光子的行為都會改變其特性。光子一旦受到干擾，數據將會遭到破壞并發出警報。我們的方法也解決了一個困擾科學家約20年的問題，即如何采用珀塞爾效應高效地加速光子的生成。”（劉霞）