摘要：长期以来，研究人员已经认识到，量子通信系统将更忠实地传输量子信息，如果使用非线性光学过程，则不受某些形式的错误形式。但是，过去纳入此类过程的努力无法与量子通信所需的极低光水平相关。...

长期以来，研究人员已经认识到，量子通信系统将更忠实地传输量子信息，如果使用非线性光学过程，则不受某些形式的错误形式。但是，过去纳入此类过程的努力无法与量子通信所需的极低光水平相关。

现在，伊利诺伊大学Urbana-Champaign大学的一个团队通过将非线性工艺基于磷酸磷脂纳米光子平台来改进该技术。结果比先前的系统要高得多，这意味着它需要少得多的光，并一直运行到单个光子（最小的光单元）。第一次，使用非线性光学器件可行的量子通信系统有一个前进的途径。

伊利诺伊州电气和计算机工程教授，项目负责人Kejie Fang表示：“我们的非线性系统以94％的忠诚度传输了量子信息，而使用线性光学组件的系统的理论极限为33％。” “仅此一项就证明了与非线性光学传达的量子通信的力量。要解决的大问题是效率。通过使用纳米光子平台，我们看到效率提高到足以表明该技术有希望的。”

这项研究最近发表在《杂志》上物理评论信。

量子传送协议促进了通过网络传输量子信息。在其中，量子纠缠的现象（通常是单个光子，即使在它们之间没有明显的物理连接的情况下，两个量子对象都会相互影响 - 被利用以在发送者和接收器之间传输量子信息，而无需通过通信通道传输。此过程的优点是，外部噪声和通道缺陷的影响大大减轻了。

有两个因素限制量子传送的性能。首先，使用标准线性光学组件在传输中引入了固有的歧义。其次，纠缠的光子是由不完美的过程制成的。特别是，纠缠源一次产生多对光子以上是很常见的，因此尚不清楚在传送中使用的两个是否真正纠缠在一起。

伊利诺伊州物理学教授，研究的共同作者伊丽莎白·戈德施密特（Elizabeth Goldschmidt）说：“多光子噪声发生在所有现实的纠缠来源中，对于量子网络来说是一个严重的问题。” “非线性光学的吸引力在于，它可以通过基础物理学来减轻多光子噪声的影响，从而可以与不完美的纠缠来源一起工作。”

非线性光学组件会导致不同频率的光子在新频率下组合并创建新的光子。对于量子传送，使用的非线性过程是“总和频率产生”（SFG），其中两个光子的频率添加以形成新的光子。但是，最初的两个光子必须具有特定的起始频率才能发生。

当SFG用于量子传送带时，如果检测到相同频率的两个光子，则协议将不会执行。在大多数纠缠的光子源中，这会滤除主要的噪声类型，并允许远距离保真度更高，否则可能会出现。主要缺点是SFG转换的可能性非常低，使传送过程效率低下。

Fang说：“研究人员已经知道了很长时间，但是由于成功的SFG的可能性很小，因此没有得到充分探索。” “过去，实现的最好的成就是通过纳米流式平台提高了10,000的转化效率到10,000中的10倍的成就。”

研究人员乐观的是，随着进一步的开发，可以使非线性光学组件的量子传送效率更高。他们认为，它将在其他量子通信协议中找到使用，包括纠缠交换。