巴黎实验室的研究人员首次表明，传输信息的量子方法比经典方法更好
量子通信使您可以使用比传统通信所需的指数位数更少的位数发送某种类型的信息量子计算机仍然是一个梦想，但是量子通信时代已经到来。 巴黎的
一项新实验首次证明了量子通信优于经典的信息传输方法。
Sorbonne的电气工程师
Helen Diamanti和该结果的
合著者 ，
Didro大学计算机科学专家
Jordanis Kerenidis共同说：“我们是第一个在信息传输领域展示量子优势的人，两方面必须共享才能完成一项有用的任务。”在巴黎，还有
Niraj Kumar 。
许多专家预计，利用物质的量子特性对信息进行编码的量子机器将颠覆计算世界。 但是进展缓慢。 工程师们正在努力创建基本的量子计算机，而理论计算机科学家则面临一个更为根本的问题：他们无法证明经典计算机永远无法应对量子计算机的开发任务。 例如，去年夏天
，得克萨斯州的一个
少年证明了一个问题，该问题以前只能认为只能在量子计算机上解决，而在经典计算机上可以很快解决。
但是，在通信领域（而不是计算领域），量子方法的优势已经得到认可。 十多年前，一位计算机科学家证明，至少在理论上，量子通信领先于在某些任务框架内发送消息的经典方法。
“在大多数情况下，人们关注计算问题。 通讯的最大优点是您可以证明其好处，” Kerenidis说。
2004年，Kerenidis和另外两名计算机科学专家设想了一个任务，其中一个人需要向另一个人发送信息，以便第二个人可以回答特定问题。 研究人员已经证明，与经典情况相比，量子设置可以通过传输指数级更少的信息来解决此问题。 但是他们发明的装置纯粹是理论上的，并且当时的技术无法实现。
Kerenidis说：“我们可以证明量子优势，但是要真正实现量子协议非常困难。”
海伦和他的家伙：迪亚曼蒂（Diamanti），克雷尼迪斯（Kerenidis）和库玛（Kumar）创建了一个量子信息传输系统，该系统优于任何经典系统这项新工作实现了Kerenidis和他的同事所想象的情景的修改版本。 工作中考虑了两个用户：Alice和Bob。 爱丽丝有一组编号的球。 每个球都有红色或蓝色的随机颜色。 鲍勃想知道随机选择的一对球的颜色是否相同或不同。 爱丽丝希望向鲍勃发送尽可能少的信息，以保证回答鲍勃的问题。
此任务称为“样本匹配问题”。 它的解决方案对密码学和数字货币领域产生了影响，在这些领域中，用户经常需要交换信息而不必付出一切。 它也非常适合演示量子通信的好处。
加州理工学院的IT专家
Thomas Widick说：“您不能只是说：“我想给您发送电影或其他大小的千兆字节，并以量子状态对其进行编码，并期望某种量子优势。” “我们需要寻找更微妙的任务。”
为了解决经典的对应问题，爱丽丝需要向鲍勃发送信息，鲍勃的音量与球数的平方根成正比。 但是量子信息的特殊性质提供了更有效的解决方案。
在新工作中使用的实验室设置中，爱丽丝和鲍勃使用激光脉冲进行通信。 每个冲动代表一个球。 脉冲通过分束器，每个脉冲的一半发送到爱丽丝，另一半发送到鲍勃。 当冲动通过爱丽丝时，她可以改变他的相位以编码有关每个球的信息（蓝色或红色）。
同时，鲍勃对有关他自己的半脉冲感兴趣的球对的信息进行编码。 然后，脉冲在另一个分束器中会合，互相干扰。 它们的干扰结果反映了每个脉冲的相移差异。 然后，鲍勃可以使用光子探测器检查干涉图样。
在鲍勃阅读爱丽丝的激光消息之前，爱丽丝的量子消息可以回答关于任何一对的任何问题。 但是阅读会破坏信息，并仅给出一对球的信息。
量子信息的这种特性-可以通过多种方式读取，但实际上只能成功-大大减少了解决样本匹配问题所需传输的信息量。 如果爱丽丝需要给鲍勃发送100个经典位来保证对他的问题的答案，那么她可以用10个量子位或量子位来达到相同的结果。
“这是证明一个想法对您获得真正的量子网络有用的那些结果之一，”位于博尔德的联合实验室天体物理学研究所的物理学家
格雷厄姆·史密斯说。 科罗拉多州与量子技术合作。
这个新实验代表了对经典方法的纯粹胜利。 研究人员进行了这项工作，确切地知道应该以经典方式传输多少信息来解决该问题。 然后，他们无可争议地证明了使用量子手段可以更经济地进行。 史密斯说：“这项工作很好，因为它展示了人们如何试图证明自己的任务很难经典地完成，然后再去做。”
结果还表明，存在实现计算机科学长期目标的替代方法：证明量子计算机相对于传统计算机的优势。 这种量子“优势”很难在纯粹的计算领域得到证明，但是许多重要的问题不仅取决于计算。
“通过将我们在计算能力和消息传递方面的能力结合在一起，将这两个领域联系在一起，我们将更容易证明存在量子优势，” Kerenidis说。