量子物理一关键难题破解：单光子脉冲速成法确保数据安全

科学日报，北京，7月20日(记者刘霞)——根据英国谢菲尔德大学官方网站最近的报道，该大学的研究人员已经解决了量子物理中的一个关键问题，并开发了一种产生极快单光子光脉冲的方法，这有助于提供全面和安全的数据传输。

在过去的几十年里，利用光沿光纤传输数据变得越来越普遍，但目前每个脉冲包含数百万个光子，这意味着原则上一些光子可以被拦截或窃听而不被探测到。尽管加密数据相对安全，但如果“窃听者”能够截获包含这些编码细节的信号，那么理论上他们就可以访问和解码剩余的信息。

单光子脉冲提供了全面的安全性，因为任何窃听活动都会被立即检测到。因此，科学家们一直试图快速产生单光子脉冲，以便它们能够以足够快的速度传输大量数据。

在最新的研究中，谢菲尔德大学团队利用一种叫做“珀塞尔效应”的现象来快速产生光子。一个被称为“量子点”的纳米晶体被放置在一个更大的晶体(半导体芯片)的空腔中。接下来，用激光轰击量子点。量子点吸收能量，然后以光子的形式发射出去。

将纳米晶体放置在一个非常小的腔中会导致激光在腔壁内的任何地方被反射。因此，珀塞尔效应将加速光子的产生。然而，这种方法有一个问题:携带数据信息的光子很容易与激光混淆。研究人员通过将从空腔中弹出的光子与进入芯片的光子分开来区分这两种不同类型的脉冲，从而解决了这个问题。

最终，该团队成功地产生了比没有珀塞尔效应时快50倍的光子发射率。尽管这不是迄今为止发展最快的光子光脉冲，但它产生的所有光子都是相同的，这对于许多量子计算应用来说是非常必要的。

该校光学物理系的教授马克·福克斯说:“任何测量或‘读取’光子的行为都会改变它们的特性。一旦光子受到干扰，数据就会被破坏，并发出警报。我们的方法还解决了一个困扰科学家约20年的问题，即如何利用珀塞尔效应有效地加速光子的产生。