據《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）雜誌7月16日刊發的一篇最新研究論文稱，英國謝菲爾德大學（University of Sheffield）開發出了一種生成極快的單光子光脈衝的方法——用一種叫做“珀塞爾效應”（Purcell Effect）的現象來快速地生成光子——從而解決了量子物理學中的重要難題，這一進展可能在未來成為實現通訊資料傳輸手段絕對安全性的核心科技。
在過去的幾十年裡，利用光纖線路中的光來進行資料傳輸的手段變得越來越普遍，然而，當前的技術缺陷是，每一次光脈衝中都包含了數百萬個光子，而這也意味著，在理論上，其中的一部分光子可以在不被通訊者察覺的情況下被攔截竊取。儘管目前的技術可以對安全資料進行加密，但是如果竊聽者能夠攔截包含程式碼細節的訊號，那麼在理論上他們也可以獲得並解碼其餘剩下的資訊。在這種情況下，這一安全性的缺陷就是單光子脈衝技術可以充分填補的一大空白——提供絕對的安全性。光通訊中的每一個光子，即光的粒子，都代表了一部分計算機運算的基本語言——二進位制程式碼，在最新的單光子光脈衝傳輸技術中，一旦光子被攔截，所傳遞的資訊就會遭受幹擾，從而提醒資訊傳送者有通訊出現了差錯，並判斷通訊過程可能遭到竊聽。不過，科學家們一直在力圖克服的技術瓶頸是，如何足夠迅速地生成光子以便它們能以足夠快的速度攜帶和傳輸大量資料，而單光子光脈衝技術就成功攻克這一難題。
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該論文中闡述的實驗過程大致是，首先科學家把一種稱為“量子點”的納米晶體放置在一個更大的晶體——半導體晶片——空腔中，然後用鐳射照射轟擊這個點，鐳射中能量隨即被量子點所吸收，最後這些能量再以光子的形式被釋放出來。其原理之一是，當你把納米晶體放在一個非常狹小的空腔中時，鐳射在空腔內壁的不斷反彈運動會加速珀塞爾效應生成光子的速度。該技術手段的問題是，攜帶資料資訊的光子很容易與鐳射相互夾雜混淆。謝菲爾德的研究人員最終克服了該問題——他們將腔內蹦出的光子和進入晶片的光子分離開來，從而形成兩種不同類型的脈衝。通過這種方式，研究小組已經成功地將光子發射速率比不使用珀塞爾效應提高了大約50倍。儘管這不是迄今為止人類開發出的速度最快的光子光脈衝，但是其至關重要的一個優勢是，其產生的光子都是相同的，而這一特性正是許多量子計算應用項目的基本要求。
謝菲爾德大學光學物理學教授馬克·福克斯（Mark Fox）解釋道:“利用光子傳輸資料，讓我們能夠利用物理學的基本定律來保證通訊的安全性。（在這種方式下）如果不改變粒子的性質，就不可能以任何方式測量或讀取光粒子上的資訊，因為光子一旦受到幹擾，資料就會被破壞並發出報警訊號。我們的這一方法還解答了一個困擾科學家20年的問題：如何利用“珀塞爾效應”以一種有效的方式來加速光子的生成。雖然這項技術可以很好地應用於普通光纖電信系統的安全保障，但是它最有用武之地的領域是在通訊安全性至關重要的部門和單位，比如政府和國家安全機關。”
編譯：朱明逸 審稿：西莫
責編：南熙
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