NIST团队在62公里架空光缆中成功传输纠缠光子，这是量子网络迄今最严苛的真实环境测试。通过激光参考信号实时校正环境干扰，92.8%的时间可用于稳定传输量子信息。
如果科学家能基于量子物理构建网络，潜力将是巨大的：它可以提升通信安全性，联合多台量子计算机的算力，还能催生下一代科研仪器。但一个关键挑战横亘在前，那就是量子纠缠，两个粒子无论相隔多远都能密不可分地关联在一起，测量其中一个就立刻决定了另一个的测量结果。
问题在于，让纠缠粒子穿过现有的光纤通信信道极其困难。在完美的实验室条件之外，粒子的量子态很容易被干扰。
如今，美国国家标准与技术研究院领导的研究团队取得突破：他们成功在62公里的现有网络电缆中传输光粒子，且没有破坏其纠缠状态。研究成果发表在《光通信与网络期刊》上。
NIST物理学家Yicheng Shi将其称为量子网络系统的压力测试。我们把它放在一个噪声极大的环境中进行极端测试，令人惊讶的是，它居然成功了。
这次实验之所以引人注目，不是因为距离创了纪录，而是因为实验环境。所使用的大部分光纤并非埋在地下，而是架在NIST与马里兰大学之间的路边电线杆上。这些电缆暴露在风、温度变化以及周围一切振动中，包括交通和路过的鸟类。
我们日常看电影、打视频电话用的经典互联网数据不受这些条件影响，但量子数据完全不同。环境会干扰光子的偏振，即其电场振动的方向，而纠缠信息就编码在偏振之中。NIST物理学家Oliver Slattery说，这差不多是你能遇到的最差连接。
为解决干扰问题，研究人员用一束激光信号作为参考点。通过计算这束激光在传输中经历了多少扭曲，团队就能对纠缠光子施加相应的校正。纠缠光子和激光需要交替传输，但这只占用了7.2%的运行时间，其余92.8%都可以用来发送稳定的量子信息。
研究人员在论文中写道，我们的结果证明了在具有挑战性的光纤条件下分发偏振纠缠光子的可行性，这是迈向量子网络实际部署的重要一步。
此前，量子纠缠的最远传输纪录达到了420公里光纤，但那些实验都是在高度受控的环境中进行的。研究人员指出，虽然架空光纤通常被认为不适合传输偏振编码或偏振纠缠光子，但只要主动稳定光纤链路，就能实现稳定的偏振纠缠分发。
当然，要实现真正的量子互联网还有很多工作要做。目前每秒200到1500个纠缠光子的传输速率还不错，但仍需大幅提升。研究人员提到，更快的硬件设置和更高效的软件算法都是潜在的升级方向。
这项研究为量子网络的实用性提供了更多证据。一个令人兴奋的应用前景是连接地球上两个不同地点的望远镜，纠缠光子能让它们本质上作为一台巨型仪器协同工作。此外，量子网络还能为互联网带来安全升级：相距遥远的网络节点可以共享一个用于数据验证的密钥，这个密钥在传输过程中无法被拦截，因为它只有在被检查时才确定。
Shi表示，这证明了量子网络协议可以在真实世界环境中运行。
原文：https://www.sciencealert.com/the-quantum-internet-just-passed-its-toughest-real-world-test-yet-over-38-miles-of-ordinary-cable