据《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志7月16日刊发的一篇最新研究论文称，英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）开发出了一种生成极快的单光子光脉冲的方法——用一种叫做“珀塞尔效应”（Purcell Effect）的现象来快速地生成光子——从而解决了量子物理学中的重要难题，这一进展可能在未来成为实现通信数据传输手段绝对安全性的核心科技。
在过去的几十年里，利用光纤线路中的光来进行数据传输的手段变得越来越普遍，然而，当前的技术缺陷是，每一次光脉冲中都包含了数百万个光子，而这也意味着，在理论上，其中的一部分光子可以在不被通信者察觉的情况下被拦截窃取。尽管目前的技术可以对安全数据进行加密，但是如果窃听者能够拦截包含代码细节的信号，那么在理论上他们也可以获得并解码其余剩下的信息。在这种情况下，这一安全性的缺陷就是单光子脉冲技术可以充分填补的一大空白——提供绝对的安全性。光通信中的每一个光子，即光的粒子，都代表了一部分计算机运算的基本语言——二进制代码，在最新的单光子光脉冲传输技术中，一旦光子被拦截，所传递的信息就会遭受干扰，从而提醒信息发送者有通信出现了差错，并判断通信过程可能遭到窃听。不过，科学家们一直在力图克服的技术瓶颈是，如何足够迅速地生成光子以便它们能以足够快的速度携带和传输大量数据，而单光子光脉冲技术就成功攻克这一难题。
该论文中阐述的实验过程大致是，首先科学家把一种称为“量子点”的纳米晶体放置在一个更大的晶体——半导体芯片——空腔中，然后用激光照射轰击这个点，激光中能量随即被量子点所吸收，最后这些能量再以光子的形式被释放出来。其原理之一是，当你把纳米晶体放在一个非常狭小的空腔中时，激光在空腔内壁的不断反弹运动会加速珀塞尔效应生成光子的速度。该技术手段的问题是，携带数据信息的光子很容易与激光相互夹杂混淆。谢菲尔德的研究人员最终克服了该问题——他们将腔内蹦出的光子和进入芯片的光子分离开来，从而形成两种不同类型的脉冲。通过这种方式，研究小组已经成功地将光子发射速率比不使用珀塞尔效应提高了大约50倍。尽管这不是迄今为止人类开发出的速度最快的光子光脉冲，但是其至关重要的一个优势是，其产生的光子都是相同的，而这一特性正是许多量子计算应用项目的基本要求。
谢菲尔德大学光学物理学教授马克·福克斯（Mark Fox）解释道:“利用光子传输数据，让我们能够利用物理学的基本定律来保证通信的安全性。（在这种方式下）如果不改变粒子的性质，就不可能以任何方式测量或读取光粒子上的信息，因为光子一旦受到干扰，数据就会被破坏并发出报警信号。我们的这一方法还解答了一个困扰科学家20年的问题：如何利用“珀塞尔效应”以一种有效的方式来加速光子的生成。虽然这项技术可以很好地应用于普通光纤电信系统的安全保障，但是它最有用武之地的领域是在通信安全性至关重要的部门和单位，比如政府和国家安全机关。”
编译：朱明逸 审稿：西莫
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