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光纖是高速、長距離通信的重要載體。不過伴隨著互聯(lián)網(wǎng)流量的持續(xù)指數(shù)級(jí)增長，研究人員近日發(fā)出了容量緊縮的警告。在AIP出版的最新一期AVS Quantum Science中，來自美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所以及馬里蘭大學(xué)的研究人員展示了量子增強(qiáng)接收器在在解決這一挑戰(zhàn)中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
科學(xué)家開發(fā)了一種基于量子物理特性增強(qiáng)接收器的方法，在大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能的同時(shí)，大幅降低錯(cuò)誤比特率(EBR)和能耗。光纖技術(shù)依賴于接收器來檢測光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。傳統(tǒng)的檢測過程，主要由于隨機(jī)的光波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生“散射雜訊”(shot noise)，這降低了檢測能力，增加了EBR。
為了適應(yīng)這個(gè)問題，當(dāng)脈動(dòng)光沿著光纜變得更弱時(shí)，信號(hào)必須不斷地被放大，但當(dāng)信號(hào)變得幾乎不可察覺時(shí)，維持足夠的放大是有限度的。實(shí)測表明，處理多達(dá)兩個(gè)bits的經(jīng)典信息并能克服散射雜訊的量子增強(qiáng)接收器可以提高實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的探測精度。在這些和其他量子接收器中，使用了一個(gè)帶有單光子檢測反饋的獨(dú)立參考光束，因此參考脈沖最終會(huì)抵消輸入信號(hào)，以消除散射雜訊。
然而，研究人員的增強(qiáng)型接收器可以對(duì)每個(gè)脈沖解碼多達(dá)四個(gè)比特，因?yàn)樗趨^(qū)分不同輸入狀態(tài)方面做得更好。為了完成更有效的檢測，他們開發(fā)了一種調(diào)制方法，并實(shí)施了一種反饋算法，利用了單光子檢測的準(zhǔn)確時(shí)間。盡管如此，沒有一個(gè)測量是沒有缺陷的，但新的"整體"設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)平均產(chǎn)生了越來越多的準(zhǔn)確結(jié)果。
該研究的作者Sergey Polyakov表示：“我們研究了通信理論和量子接收器的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，提出了一個(gè)實(shí)用的電信協(xié)議，最大限度地利用了量子測量的優(yōu)勢(shì)。通過我們的協(xié)議，因?yàn)槲覀兿Ｍ斎胄盘?hào)包含盡可能少的光子，我們最大限度地提高參考脈沖在第一個(gè)光子檢測后更新到正確狀態(tài)的機(jī)會(huì)，所以在測量結(jié)束時(shí)，EBR最小化了”。
(原標(biāo)題：光纖通信新成果：科學(xué)家研發(fā)量子增強(qiáng)接收器)
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