光纖是高速、長距離通信的重要載體。不過伴隨著互聯網流量的持續指數級增長，研究人員近日發出了容量緊縮的警告。在AIP 出版的最新一期AVS Quantum Science 中，來自美國國家標準與技術研究所以及馬里蘭大學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揮的關鍵作用。

科學家開發了一種基於量子物理特性增強接收器的方法，在大幅提高網絡性能的同時，大幅降低錯誤比特率（EBR）和能耗。光纖技術依賴於接收器來檢測光信號並將其轉換為電信號。傳統的檢測過程，主要由於隨機的光波動，會產生“散射雜訊”(shot noise)，這降低了檢測能力，增加了EBR。

為了適應這個問題，當脈動光沿著光纜變得更弱時，信號必須不斷地被放大，但當信號變得幾乎不可察覺時，維持足夠的放大是有限度的。實測表明，處理多達兩個bits 的經典信息並能克服散射雜訊的量子增強接收器可以提高實驗室環境中的探測精度。在這些和其他量子接收器中，使用了一個帶有單光子檢測反饋的獨立參考光束，因此參考脈衝最終會抵消輸入信號，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脈衝解碼多達四個比特，因為它在區分不同輸入狀態方面做得更好。為了完成更有效的檢測，他們開發了一種調製方法，並實施了一種反饋算法，利用了單光子檢測的精確時間。儘管如此，沒有一個測量是完美的，但新的”整體”設計的通信系統平均產生了越來越多的準確結果。

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驗技術，提出了一個實用的電信協議，最大限度地利用了量子測量的優勢。通過我們的協議，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光子檢測後更新到正確狀態的機會，所以在測量結束時，EBR最小化了”。