光纖通信新成果：科學(xué)家研發(fā)量子增強接收器

  ICC訊 光纖是高速、長(cháng)距離通信的重要載體。不過(guò)伴隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)流量的持續指數級增長(cháng)，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(lái)自美國國家標準與技術(shù)研究所以及馬里蘭大學(xué)的研究人員展示了量子增強接收器在在解決這一挑戰中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

  科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種基于量子物理特性增強接收器的方法，在大幅提高網(wǎng)絡(luò )性能的同時(shí)，大幅降低錯誤比特率（EBR）和能耗。光纖技術(shù)依賴(lài)于接收器來(lái)檢測光信號并將其轉換為電信號。傳統的檢測過(guò)程，主要由于隨機的光波動(dòng)，會(huì )產(chǎn)生“散射雜訊”(shot noise)，這降低了檢測能力，增加了 EBR。

  為了適應這個(gè)問(wèn)題，當脈動(dòng)光沿著(zhù)光纜變得更弱時(shí)，信號必須不斷地被放大，但當信號變得幾乎不可察覺(jué)時(shí)，維持足夠的放大是有限度的。實(shí)測表明，處理多達兩個(gè) bits 的經(jīng)典信息并能克服散射雜訊的量子增強接收器可以提高實(shí)驗室環(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立參考光束，因此參考脈沖最終會(huì )抵消輸入信號，以消除散射雜訊。

  然而，研究人員的增強型接收器可以對每個(gè)脈沖解碼多達四個(gè)比特，因為它在區分不同輸入狀態(tài)方面做得更好。為了完成更有效的檢測，他們開(kāi)發(fā)了一種調制方法，并實(shí)施了一種反饋算法，利用了單光子檢測的精確時(shí)間。盡管如此，沒(méi)有一個(gè)測量是完 美的 ，但新的 "整體 "設計的通信系統平均產(chǎn)生了越來(lái)越多的準確結果。

  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。通過(guò)我們的協(xié)議，因為我們希望輸入信號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)的機會(huì )，所以在測量結束時(shí)，EBR最小化了”。