这一突破使我们离开发功能性量子互联网更近了一步，它可以提供比当今网络更高的安全性和效率。

为了保持信号稳定性，研究人员实施了自动偏振补偿 （APC），这是一种校正偏振变化的技术，偏振是光波的电场振荡的方向。该系统依靠激光生成的参考信号和一种称为外差检测的超灵敏方法来实时监测和调整偏振。

通过使用 APC，该团队最大限度地减少了风和温度波动等环境因素造成的干扰，这些因素可能会干扰通过光纤传输的量子信号。

克服信号干扰，实现无缝通信

“我们一直以来的目标之一是开发能够为用户无缝运行的量子通信系统，”领导这项研究的 ORNL 量子研究科学家约瑟夫·查普曼 （Joseph Chapman） 说。“这是这种方法的首次演示，它实现了相对快速的稳定，同时保留了量子信号，所有这些都具有 100% 的正常运行时间——这意味着这种传输两端的人都不会注意到信号的任何中断，也不需要协调计划的停机时间。”

该方法能够在田纳西大学查塔努加校区的节点和另外两个 EPB 量子网络节点之间连续传输信号超过 30 小时，每个节点都相距约半英里。UTC 节点保存着由 ORNL 量子研究科学家 Muneer Alshowkan 开发的纠缠光子源。

ORNL 开发的使用自动偏振补偿的量子网络技术在田纳西州查塔努加进行了演示。该测试利用了 EPB 的光纤商用量子网络，田纳西大学查塔努加分校和行业合作伙伴 Qubitekk 参与其中。

量子量子比特：未来计算的关键

量子计算依靠量子比特或量子比特来存储信息。与传统计算中使用的二进制比特不同，量子比特可以通过量子叠加同时以多种状态存在，量子叠加允许在单个对象上编码物理值的组合。

ORNL 研究使用光粒子或光子作为量子比特，并通过量子纠缠分布在光子对上传输偏振纠缠量子比特。纠缠的量子比特是如此交织在一起，以至于一个量子比特不能独立于另一个来描述。这种纠缠允许量子比特编码的信息通过量子隐形传态从一个地方传输到另一个地方，而无需在太空中物理旅行。纠缠分布和量子隐形传态构成了更高级量子网络的基础。

解决光纤量子网络中的中断问题

光子可以通过偏振编码为量子比特，以及光的其他特性，并且可以通过现有的光纤电缆系统传输。但是风、湿气、温度变化和电缆上的其他应力会破坏光子的极化并干扰信号。Chapman 和 ORNL 团队希望找到一种方法来稳定极化并减少干扰，同时保持网络以最大带宽运行。

“以前的大多数解决方案不一定适用于所有类型的极化，需要权衡，例如定期重置网络，”Chapman 说。“使用网络的人需要它启动并运行。我们的方法可以控制任何类型的极化，并且不需要网络定期关闭。

测试和微调 Quantum 过程

Chapman 和 Alshowkan 通过使用纠缠辅助量子过程断层扫描从纠缠光子生成测试信号来测试补偿方法，该扫描估计量子通道（例如带有 APC 的地中光纤）的特性以测量变化。启用 APC 后，传输保持相对稳定，增加的噪音最小。

“一个有经验的音乐家和一双好耳朵可以分辨出两种乐器走调时的区别，”查普曼说。“在我们的 APC 中，我们使用激光器对我们的参考信号做同样的事情。”

正在申请专利：Quantum 网络的下一步是什么？

查普曼已经为该方法申请了专利。下一步包括调整方法以增加带宽和补偿范围，以便在更广泛的条件下实现高性能运行。

EPB 首席执行官 David Wade 表示：“与 ORNL 等组织合作为我们如何继续增强 EPB Quantum Network 作为研究人员、初创公司和学术客户的资源提供了宝贵的反馈。“自从推出商业上可行的量子网络以来，我们已经开始努力让我们的社区做好准备，以从量子未来的进步中受益，并将查塔努加打造成开发人员和投资的目的地。”

UTC 官员承诺继续提供支持。

“我们很高兴能成为这个成功团队合作的一部分，”UTC 负责研究的副校长 Reinhold Mann 说。“这种合作伙伴关系推动了量子信息科学和技术的发展，并增加了我们为学生提供的特殊体验式学习产品。”