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说明单光子探测如何用于反馈的插图。一旦建立了正确的参考光束参数,输入状态就会消失。(来源:伊万Burenkov)

光纤技术是高速、长途通信的圣杯。尽管如此,随着互联网流量的持续指数级增长,研究人员警告称,可能会出现容量危机。然而,来自美国国家标准与技术研究所和马里兰大学的研究人员已经展示了量子增强接收器如何在应对这一挑战中发挥关键作用。科学家们开发了一种基于量子物理特性增强接收器的方法,以显著提高网络性能,同时显著降低误码率(EBR)和能源消耗。

光纤技术依靠接收器来检测光信号,并将其转换为电信号。传统的检测过程,很大程度上由于随机光波动,产生“散粒噪声”,这降低了检测能力,增加了EBR。为了适应这个问题,信号必须不断放大,因为沿光缆的脉动光变得越来越弱,但当信号变得几乎察觉不到时,保持足够的放大是有限制的。

量子增强接收机可以处理两比特的经典信息,并且可以克服散粒噪声,已经被证明可以提高实验室环境下的检测精度。在这些和其他的量子接收器中,使用一个单独的具有单光子检测反馈的参考光束,因此参考脉冲最终抵消了输入信号以消除散粒噪声。

然而,研究人员的增强型接收器每脉冲可以解码4个比特,因为它在区分不同输入状态方面做得更好。为了实现更高效的探测,他们开发了一种调制方法,并实现了一种反馈算法,利用了单光子探测的精确时间。尽管如此,没有一种测量方法是完美的,但新的“整体”设计的通信系统产生的平均结果越来越准确。