单光子脉冲速成法确保数据安全

据英国谢菲尔德大学官网近日报道，该校研究人员解决了量子物理中的一个关键性难题，开发出了一种生成极快单光子光脉冲的方法，有助于提供全面安全的数据传输。

过去几十年来，使用光沿着光纤传输数据变得日益普遍，但目前每个脉冲含有数百万个光子，这意味着，原则上某些光子可以在不被察觉的情况下被拦截或窃听。虽然经过加密的数据相对安全，但如果“窃听者”能拦截含有这些编码细节的信号，那么，从理论上来讲，他们就可以访问并解码剩余的信息。

单光子脉冲提供了全面的安全性，因为任何窃听行为都将被立即探测到，因此，科学家一直试图快速生成单光子脉冲，让其能以足够快的速度传输大量数据。

在最新研究中，谢菲尔德大学团队利用一种被称为“珀塞尔效应”（Purcell effect）的现象，来快速地生成光子。他们将纳米晶体量子点放置到位于更大型晶体（半导体芯片）内的腔体中，然后用激光轰击这些量子点，量子点会吸收能量，这种能量以光子的形式发射出来。

将纳米晶体放置到非常小的腔体中会使激光在腔体壁内部到处反射，如此一来，通过珀塞尔效应会加速光子的生成。但这一方法存在一个问题：携带数据信息的光子很容易与激光混淆。研究人员通过将腔体内蹦出的光子和进入芯片的光子分离开，以区分这两种不同类型的脉冲，从而解决了这一问题。

最终，团队成功地制造出比没有采用珀塞尔效应的方法快50倍的光子发射率。尽管这并非迄今开发出的最快的光子光脉冲，但它生成的所有光子都相同，这对许多量子计算应用来说非常必要。

该校光学物理系教授马克·福克斯表示：“任何测量或‘读取’光子的行为都会改变其特性。光子一旦受到干扰，数据将会遭到破坏并发出警报。我们的方法也解决了一个困扰科学家约20年的问题，即如何采用珀塞尔效应高效地加速光子的生成。”（刘霞）