剑桥大学衍生公司Nu Quantum正在开发光量子硬件,将量子光学、新型材料与传统半导体相结合,用于量子通信、传感和量子计算。

 

2020年10月5日,在由Amadeus Capital Partners领投的一轮融资中,Nu Quantum筹集了210万英镑(约合人民币1841万)的种子资金。

卡文迪许实验室走出新玩家,独门绝技欲攻克量子通信-量子客
图1|Carmen Palacios-Berraquero(来源:Nu Quantum)

Nu Quantum的首席执行官兼联合创始人Carmen Palacios-Berraquero说,光分为三种:第一种是混沌光(Chaotic light),例如路灯和电灯泡,我们每天都会遇到第二种是相干光(Coherent light),类似于激光,可以覆盖有结构的物体;第三类则是单光子源。

激光的产生,对从外科手术到家庭娱乐等各个领域,都产生了革命性的影响。而Palacios-Berraquero希望,单光子源能够引起同样的颠覆性变革。

 

光量子技术

Palacios-Berraquero正在研究可以发射和检测单个光子的技术,她表示,光量子技术是对信息的操控,即处理、传递和保护编码为单个光粒子的信息。可以增强算力,获取更高的安全性能。

在发送方和接收方没有察觉时,单个光子是无法被窃听或篡改的。所以可以利用它们实现量子特性(例如纠缠),从而增强计算和加密能力。

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图2|Nu Quantum技术(来源:Nu Quantum)

挑战就在于,它们难以构建。Palacios-Berraquero说,世界上只有少数几家公司,能够可靠、可控地发射或检测单个光子,Nu Quantum希望能做到这两点。

 

主创的传奇人生

Nu Quantum是从英国剑桥大学卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)衍生出来的,首席执行官Carmen Palacios-Berraquero在攻读博士学位期间,开发了一种制造单光子发射器的新技术,并将其应用于方氮化硼的超薄晶体上。

自此,她开始为其单光子发射器探索潜在商业机会。几乎是在同一时间,她与另一位卡文迪许研究人员Matthew Appplegate初识,而Matthew开发了一种检测单个光子的方法。

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图3|Nu Quantum团队(来源:Nu Quantum)

 

量子随机数发生器

Nu Quantum已经获得了360万英镑(约合人民币3156万)的政府拨款,并开始与英国电信(British Telecom,BT)、空中客车公司(Airbus)和其他合作伙伴,测试其组件的潜在用途。

Nu Quantum将于2022年推出其第一款产品——量子随机数发生器(Quantum Random Numeral Generator,QRNG)将利用单个光子的量子特性,生成真正随机的数字。

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图4|量子随机数发生器(来源:Physics World)

量子随机数发生器是基于Applegate开发的算法,在电子游戏、云安全与通信等领域有潜在的应用。在这些领域中,随机数可以用于生成加密信息的密钥,还可以在密钥分发中发挥作用。

Nu Quantum正在与英国电信合作进行试点,该试点将生成、发射并检测量子密钥,使通信更加安全。

能做到这点是因为,量子密钥分发可以建立安全的通信密码,通过一次一密的加密方式可以实现点对点方式的安全经典通信。

 

关于量子通信技术

量子通信的实现基于量子态传输,为便于传输,现有的量子通信实验一般以光子为量子态载体,其表现形式即为光子态传输,量子信息的编码空间以光偏振为主。

现有的量子保密通信的物理实现方式大多基于单光子水平的弱相干光和纠缠光通信。主要硬件技术包括弱相干光源和纠缠光源、传输与检测,软体方面还包括编码技术[2]。

对于无存储量子通信网络,以光开关为代表的弱光传输路径的有效控制也是关键技术之一。基于量子中继器的未来远程量子网络的技术基础包括光存储和两光子态的联合测量。

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图5|量子通信网络(来源:Singularity Hub)

然而,量子关键器件的研发,对量子通信网络实用化至关重要。其中,单光子探测系统是处于核心地位的量子关键器件,其参数指标直接制约着量子通信系统的性能,其性能提升对于量子通信系统起着基础性的作用。

就未来而言,理想单光子源或纠缠源技术的发展,将会大大提高量子密码系统的效率与实用性能。

有了量子纠缠方法,提炼、转换和存储为技术基础的量子中继技术,将会最终实现任意远距离的安全量子通信及通信网络。

 

参考链接:

[1]https://www.wired.co.uk/article/nu-quantum

[2]http://xqdoc.imedao.com/156f420670365c3fda9009ba.pdf

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳