如何让比特开口?
量子比特存在于两种状态叠加而成的量子叠加态中,这使其能够以指数级增长的方式存储信息。叠加态非常之脆弱,任何同周围环境之间的相互作用,即微小的量子比特能量变化,均可将其破坏。为保持叠加态,需要用一个高品质因子(品质因子描述了一个振荡系统或者更一般的共振系统耗散能量的快速程度)谐振腔,把量子比特与周围环境隔离开来。
量子密钥分发利用一个光子的极化度量编码一个二进制位。单光子源能从一个量子比特携带二进制信息到另一个量子比特。单光子能激发单量子比特跃迁,这可把量子信息存储到这个量子比特中。为使信息传递达到最高效率,应选择在谐振腔频率非常精确共振的光子来激发量子比特。为保证这一点,我们应知道谐振频率的确切值,换而言之,我们应能听到量子比特的“声音”。
光子在谐振腔中来回反射,能量被反复注入量子比特,从而增加了光子激发量子比特的总跃迁几率。这类似于一个人通过向桥梁中部不断跳跃最终可使一座吊桥断裂的情形。在经典物理学中,如果弱光照射进高品质因子谐振腔,则光子与量子比特的相互作用非常弱,量子比特不发生任何变化。但在量子力学中,情况迥然不同。在量子力学中,即使单个弱光子也是具有确定极化度量的“非分割”单元,该光子在谐振腔内反复反射并与量子比特相互作用,即使相互作用非常弱,最终也会把量子比特移动到新的状态。从另一方面讲,任何量子比特的最小移动对弱光子的极化度量都有很大的影响。