NASA的PEACOQ探测器能改变量子计算机交换大量数据的方式

发布时间：2023-03-15 11:15:02 所属栏目：外闻来源：

导读：量子计算机有望比传统计算机快数百万倍。但要进行长距离通信，量子计算机将需要专用的量子通信网络。

为了帮助形成这样一个网络，美国宇航局喷气推进实验室和加州理工学院的科学家开发了一种设备，可以以难以置信

量子计算机有望比传统计算机快数百万倍。但要进行长距离通信，量子计算机将需要专用的量子通信网络。

为了帮助形成这样一个网络，美国宇航局喷气推进实验室和加州理工学院的科学家开发了一种设备，可以以难以置信的精度计算大量的光子——光的量子粒子。与测量被消防水带喷洒的单个水滴一样，性能增强型光学量子计数阵列（PEACOQ）探测器能够以每秒15亿光子的速度测量每个光子撞击它的精确时间，在每秒100万亿分之一秒内。没有其他探测器达到这个速度。

“到目前为止，长距离传输量子信息非常有限，”PEACOQ项目团队成员Ioana Craiciu说，他是JPL的博士后学者，也是描述这些结果的研究的主要作者。“像PEACOQ这样的新探测器技术能够以几分之一纳秒的精度测量单个光子，能够以更高的速率发送量子信息，更远。

传统计算机通过调制解调器和电信网络传输数据，将信息复制成一系列1和0，也称为比特。然后，这些比特通过电缆、光纤传输，并通过闪光或其它无线电波脉冲数据传输到数据流的太空。从而当接收到时，比特被适当地重新组合以重新创建相对于最初发送的数据。

量子计算机的通信方式不同。它们将信息编码为基本粒子（如电子和光子）中的量子比特，这些粒子不能在不被破坏的情况下被复制和重新传输。更复杂的是，通过编码数据流的光子通过光纤传输的数十亿的量子信息在短短几十英里后就会全部退化，极大程度上地不可逆转地限制了任何非线性未来网络的规模。

为了使量子计算机超越这些限制进行通信，专用的自由空间光量子网络可以包括绕地球运行的卫星上的空间“节点”。这些节点将通过产生两枚纠缠的光子并将这些光子发送给两台位于地面,相距数百甚至数千英里远的量子电脑终端来进行数据通信。

成对的纠缠光子是如此紧密地联系在一起，以至于测量一个光子会立即影响测量另一个光子的结果，即使它们相隔很远。但是，为了使量子计算机的终端在地面上接收这些纠缠光子，需要像PEACOQ这样的高灵敏度探测器来精确测量它接收每个光子的时间并传递其包含的数据。

探测器本身很小。它的直径只有13微米，由32个氮化铌超导纳米线组成，位于硅芯片上，连接件呈扇形散开，就像探测器通名的羽毛一样。每根纳米线比人的头发细一万倍。

作为NASA在太空和地面之间实现自由空间光通信的更广泛努力的一部分，PEACOQ基于名为NASA的深空光通信（DSOC）技术演示开发的探测器。DSOC将于今年晚些时候与美国宇航局的Psyche任务一起发射，首次展示地球和深空之间的高带宽光通信在未来如何工作。

领导这项研究的Ioana Craiciu站在用于在绝对零度以上温度下测试PEACOQ的低温恒温器旁边。在此温度下，探测器处于超导状态，允许纳米线将吸收的光子转化为电脉冲。

虽然DSOC不会传达量子信息，但其位于南加州加州理工学院帕洛玛天文台的地面终端需要相同的极端灵敏度，以便计算通过激光从DSOC收发器到达的单个光子，因为它在深空中传播。

（编辑：汽车网）

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