眾所周知，光纖是高速、長距離通信的重要載體。不過伴隨著互聯(lián)網(wǎng)流量的持續(xù)指數(shù)級增長，研究人員近日發(fā)出了光纖容量不足的警告。

在AIP出版的最新一期 AVS Quantum Science 中，來自美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所以及馬里蘭大學(xué)的研究人員展示了量子增強(qiáng)接收器在在解決這一挑戰(zhàn)中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

該圖顯示了如何使用單光子檢測進(jìn)行反饋。一旦建立了參考光束的正確參數(shù)，輸入狀態(tài)便消失。

科學(xué)家開發(fā)了一種基于量子物理特性增強(qiáng)接收器的方法，在大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能的同時，大幅降低錯誤比特率（EBR）和能耗。光纖技術(shù)依賴于接收器來檢測光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號。傳統(tǒng)的檢測過程，主要由于隨機(jī)的光波動，會產(chǎn)生“散射雜訊”(shot noise)，這降低了檢測能力，增加了 EBR。

為了適應(yīng)這個問題，當(dāng)脈動光沿著光纜變得更弱時，信號必須不斷地被放大，但當(dāng)信號變得幾乎不可察覺時，維持足夠的放大是有限度的。實測表明，處理多達(dá)兩個 bits 的經(jīng)典信息并能克服散射雜訊的量子增強(qiáng)接收器可以提高實驗室環(huán)境中的探測精度。在這些和其他量子接收器中，使用了一個帶有單光子檢測反饋的獨立參考光束，因此參考脈沖最終會抵消輸入信號，以消除散射雜訊。

然而，研究人員的增強(qiáng)型接收器可以對每個脈沖解碼多達(dá)四個比特，因為它在區(qū)分不同輸入狀態(tài)方面做得更好。為了完成更有效的檢測，他們開發(fā)了一種調(diào)制方法，并實施了一種反饋算法，利用了單光子檢測的精確時間。盡管如此，沒有一個測量是完美的，但新的 "整體 "設(shè)計的通信系統(tǒng)平均產(chǎn)生了越來越多的準(zhǔn)確結(jié)果。

該研究的作者 Sergey Polyakov 表示：“我們研究了通信理論和量子接收器的實驗技術(shù)，提出了一個實用的電信協(xié)議，最大限度地利用了量子測量的優(yōu)勢。通過我們的協(xié)議，因為我們希望輸入信號包含盡可能少的光子，我們最大限度地提高參考脈沖在第一個光子檢測后更新到正確狀態(tài)的機(jī)會，所以在測量結(jié)束時，EBR最小化了”。

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