光纤通信新成果：科学家研发量子增强接收器

光纤是高速、长距离通信的重要载体。不过伴随着互联网流量的持续指数级增长，研究人员近日发出了容量紧缩的警告。在 AIP 出版的最新一期 AVS Quantum Science 中，来自美国国家标准与技术研究所以及马里兰大学的研究人员展示了量子增强接收器在在解决这一挑战中发挥的关键作用。

科学家开发了一种基于量子物理特性增强接收器的方法，在大幅提高网络性能的同时，大幅降低错误比特率（EBR）和能耗。光纤技术依赖于接收器来检测光信号并将其转换为电信号。传统的检测过程，主要由于随机的光波动，会产生“散射杂讯”(shot noise)，这降低了检测能力，增加了 EBR。

为了适应这个问题，当脉动光沿着光缆变得更弱时，信号必须不断地被放大，但当信号变得几乎不可察觉时，维持足够的放大是有限度的。实测表明，处理多达两个 bits 的经典信息并能克服散射杂讯的量子增强接收器可以提高实验室环境中的探测精度。在这些和其他量子接收器中，使用了一个带有单光子检测反馈的独立参考光束，因此参考脉冲最终会抵消输入信号，以消除散射杂讯。

然而，研究人员的增强型接收器可以对每个脉冲解码多达四个比特，因为它在区分不同输入状态方面做得更好。为了完成更有效的检测，他们开发了一种调制方法，并实施了一种反馈算法，利用了单光子检测的精确时间。尽管如此，没有一个测量是完美的，但新的 “整体 “设计的通信系统平均产生了越来越多的准确结果。

该研究的作者 Sergey Polyakov 表示：“我们研究了通信理论和量子接收器的实验技术，提出了一个实用的电信协议，最大限度地利用了量子测量的优势。通过我们的协议，因为我们希望输入信号包含尽可能少的光子，我们最大限度地提高参考脉冲在第一个光子检测后更新到正确状态的机会，所以在测量结束时，EBR最小化了”。