東北大學的研究人員最近開發出一種全新的光子路由器，該設備能以超過 99% 的保真度指導量子信息，這一標準是未來量子互聯網建設的關鍵指標。這種設備的信號損失極低，僅為 0.06 dB（約 1.3%），並設計成與現有的電信網絡兼容。這一成就是在解決創建構建和擴展量子通信系統所需的實際組件的長期挑戰中取得的。
研究團隊的領導者金田文宏教授指出，「這不僅能高效運行於納秒級速度，還已經能與我們今天用於互聯網的電信網絡兼容。」在這項前所未有的實驗中，團隊還利用該路由器成功地引導了糾纏的光子對，並成功維持了它們的量子連結，干涉可見度達到約 97%。這一結果尤其重要，因為糾纏——即兩個或多個粒子緊密相連的狀態——是分布式量子計算和增強傳感等高級應用的關鍵資源。這一高可見度的數字證實了該設備可以處理複雜的量子狀態，而不會破壞其所包含的微妙信息。
量子互聯網的發展利用量子力學的原理來傳輸數據，承諾在安全通信方面帶來新的能力。這個未來的網絡將通過將信息編碼到單個光子上來運作。然而，實現這一目標的一個基本挑戰是需要能夠指導這些光子到其目的地的組件，而不會丟失或損壞脆弱的量子數據。為了實用，這些組件必須能夠處理攜帶各種量子狀態信息的光子。一種常見的編碼方法是通過偏振，即光子電場的方向。至今為止，一個主要障礙是缺乏一種能夠在標準電信波長下路由任意偏振的光子的設備，並同時展現低信號損失和高保真度的能力。該研究小組通過一種新穎的電光路由器來解決這一挑戰。
金田教授解釋道，「這不應該像破碎的電話遊戲那樣，信息在過程中丟失。」他強調，「我們的設計使得接收到的信號儘可能接近發送的信號——光子偏振的保真度超過 99%。」該設備使用一種特殊的平行四邊形干涉儀來實現其性能。這種配置允許其光學元件保持偏振運行，並減少總部件數量，從而最小化信號損失並增強運行穩定性。此外，該路由器還能以納秒速度運行。研究人員在新聞稿中表示，「與以往方法相比，這種新設備結合了實用所需的所有關鍵特性：低損失、高速度、無噪音操作，以及與現有電信光纖網絡的兼容性。」這項研究為持續開發實用的量子網絡技術奠定了基礎。
