陸軍研究人員發(fā)現(xiàn)了一種進一步增強量子系統(tǒng)的方法，可以為士兵提供更可靠，更安全的戰(zhàn)場能力。

具體而言，這項研究為將來的量子網絡如何設計以應對噪聲和退相干的影響，或環(huán)境中量子系統(tǒng)信息的損失提供了信息。

作為美國陸軍現(xiàn)代化戰(zhàn)略中優(yōu)先研究的領域之一，量子研究將有助于在2035年之前將其轉變?yōu)橐恢Ф囝I域部隊，并承擔其持久職責，作為提供美國防御的聯(lián)合部隊的一部分。

美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部陸軍研究實驗室的研究員布萊恩·科比博士說：“量子網絡和整個量子信息科學將有可能導致計算，通信和傳感能力的超越。” “陸軍關注的示例應用包括安全秘密共享，分布式網絡感知和有效決策。”

這項研究工作考慮了色散(在光學系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的非常普遍的效應)如何影響三個或更多光粒的量子態(tài)。

色散是一種效應，當光脈沖通過諸如光纖之類的介質傳輸時，光脈沖會及時散開。這種影響會破壞通信系統(tǒng)中的時間相關性，從而可能導致數(shù)據(jù)速率降低或引入錯誤。

為了了解這一點，柯比說，考慮一下同時產生兩個光脈沖的情況，目標是將它們發(fā)送到兩個不同的探測器，以便它們同時到達。如果每個光脈沖通過不同的色散介質(例如兩條不同的光纖路徑)，則每個脈沖將隨時間擴展，最終使脈沖的到達時間不那么相關。

柯比說：“令人驚訝的是，事實證明，量子力學的情況有所不同。” “在量子力學中，可以描述稱為光子的單個光粒子的行為。在這里，巴爾的摩縣馬里蘭大學的研究小組成員詹姆斯·弗蘭森教授表示，量子力學可以在某些情況下每個光子上的色散實際上可以抵消，因此到達時間保持相關。”

柯比說，這樣做的關鍵是所謂的糾纏，即量子系統(tǒng)之間的強相關性，這在古典物理學中是不可能的。

在這項經過同行評議的《物理評論》 A上發(fā)表的新著作“三個或更多光子的非局部色散抵消”中，研究人員將分析擴展到三個或更多糾纏光子的系統(tǒng)，并確定了在哪些情況下量子系統(tǒng)的性能優(yōu)于經典系統(tǒng)。這是來自類似研究的獨特之處，因為它考慮了噪聲對兩個量子位以上糾纏系統(tǒng)的影響，而糾纏系統(tǒng)是主要關注點。

柯比說：“這說明了未來的量子網絡將如何設計來處理噪聲和退相干的影響，在這種情況下，是專門針對色散的。”

另外，基于弗蘭森在雙光子系統(tǒng)上的初步工作的成功，有理由假設，只要在系統(tǒng)的另一部分上適當?shù)貞蒙ⅲ涂梢缘窒谝粋€量子系統(tǒng)的一部分上的色散。

柯比說：“我們的工作表明，通常，當您轉向三個或更多光子的糾纏系統(tǒng)時，不可能實現(xiàn)完美的補償。” “因此，未來量子網絡中的色散緩解可能需要在每個通信通道中獨立進行。”

此外，柯比說，這項工作對于量子通信很有價值，因為它可以提高數(shù)據(jù)速率。

Kirby說：“需要精確的時間來關聯(lián)網絡不同節(jié)點上的檢測事件。” “通常，由于色散導致的量子系統(tǒng)之間時間相關性的減少將有必要在傳輸之間使用更大的定時窗口，以避免混淆順序信號。”

由于Kirby及其同事的新工作描述了如何限制網絡聯(lián)合檢測時間的不確定性，因此它將允許后續(xù)的傳輸更快地進行。

這項研究的下一步是確定這些結果是否可以在實驗環(huán)境中輕松驗證。