万无一失的量子密码学

迄今为止，当物理学家们梦想着量子计算设备时，他们通常设想以电子自旋态来编码数据。 然而，由阿塔克·伊玛莫格鲁>、皮埃尔·彼得罗夫、胡伊芙琳以及他们在加州大学圣巴巴拉分校的同事们开发出一种新的小装置，提供了另一种选择——即使用偏振光作为量子比特。 科学家们在今天出版的《科学》杂志上描述了一种蘑菇状的微盘，它与一个量子点相结合，能够发射单光子（见图）。

由于该设备产生单光子，它不仅为执行量子计算的新方法扫清了道路，也为完全万无一失的密码学扫清了道路。 想象一下，在几乎所有密码学示例中进行秘密通信的爱丽丝和鲍勃交换编码消息。 他们还必须交换“密钥”，互相告知如何解码消息。 如果密钥以一连串单光子的形式传输，那么任何试图窃听他们对话的人都无法在不留下痕迹的情况下拦截它。 “由于测量不可避免地会改变单个量子系统的状态，”科学家们写道，“窃听者在不被注意的情况下无法收集有关密钥的信息，前提是传输中使用的脉冲不包含两个或多个光子。”

关于支持科学新闻业

如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。

为了形成该设备，彼得罗夫的博士后温斯顿·舍恩菲尔德首先使用分子束外延技术制造了一块半导体材料。 基底包含砷化镓；柱体，砷化镓铝；以及200纳米厚的微盘盖，嵌入砷化镓中的砷化铟量子点。 然后，胡和研究生张立东通过图案化和蚀刻的方式塑造了该块。 研究人员发现，将该块切割成蘑菇形状，可以消除量子点周围的大部分材料——这些材料会增加污染性背景辐射。 伊玛莫格鲁、博士后米奇勒和克里斯托弗·贝彻以及研究生阿尔珀·基拉兹接下来使用激光脉冲为量子点加载能量，并观察到没有峰值的发射模式，表明是单光子。 彼得罗夫补充说：“这就像上帝说‘要有光子’，然后就有了光子。”