安全量子通信：将量子信息安全地传递到量子点

2019-08-09 11:50

据外媒报道，来自大阪大学的科学家们已经证明了在激光束的圆极化中编码的信息可转化为量子点（QD）中电子的自旋态。他们通过改变受困在量子点上单个电子的自旋态，从而通过激光将量子信息传输到量子点。

Takafumi Fujita教授表示：“这样一来，在我们使用激光确认其处于正确的自旋态后，还能获取电子的状态。”虽然从传统意义上来讲，电子不会旋转，但它们确实具有角动量，当吸收圆极化激光时可以翻转。

研究人员在双QD中使用了泡利自旋阻塞来验证圆极化单光子可以通过角动量的传递激发单个电子自旋。Fujita表示，泡利不相容原则可阻止两个电子处于完全相同的状态。他表示：“在微小的量子点上，如果它具有正确的旋转，才有足够的空间让电子通过所谓的泡利自旋阻塞。”对于重空穴激子激发，最终确认了激发自旋态的光子偏振的依赖性。

研究人员观察到的角动量转移被认为是提供即时注入自旋、分布单个自旋信息以及可能扩展量子通信的途径的重要一步。

量子信息，无论是存储在电子自旋中还是由激光光子传输，都可以同时叠加多个状态。而且，两个或更多个物体的状态可能会纠缠在一起。量子计算机处理纠缠状态的方式允许它们同时评估许多可能性，以及实现信息的安全传递。然而，这些纠缠态非常脆弱，其连贯性仅能持续几微秒。为了实现量子互联网的目标，相干光信号可以在其（量子互联网）上传递量子信息，这些信号必须能够与远程计算机内的电子自旋互动。

大阪大学的科学家团队所开展的工作可能是实现防黑客互联量子计算机迈出的一大步。Akira Oiwa教授表示：“叠加态或纠缠态的转移，能实现完全安全的量子密钥分配。这是因为任何拦截信号的尝试都会自动破坏叠加态，从而使得其很难在不被发现的情况下就能进行监听。”

他们的研究成果在《Nature Communications》上发表。