早晨六点半,“龙巢”基地实验室。
张飞推开门的时候,林沐瑶已经在里面了。
她站在白板前,手里拿着记号笔,正对着上面密密麻麻的公式发呆。白板上写满了:量子比特、相干时间、退相干率、纠错阈值……
“来这么早?”
张飞放下背包,走到咖啡机前。
“睡不着。”林沐瑶没回头,“昨晚做梦都在算退相干率。”
“算出什么了?”
“梦里的结果是负的。”林沐瑶苦笑,“醒来发现是胡扯。”
张飞笑了笑,接了两杯咖啡。
递给她一杯。
“先喝口东西。”
林沐瑶接过,抿了一口,烫得直皱眉。
“张老师,”她放下杯子,“我可能……走错方向了。”
“哪个方向?”
“量子纠错。”林沐瑶指着白板上一行公式,“我们现在的方案,是基于表面码的逻辑量子比特编码。但模拟结果显示,要实现一个逻辑比特,至少需要一百个物理比特,而且错误率只能压到10^-4。”
她顿了顿。
“这不够。”
“想要多少?”
“至少要10^-8。”林沐瑶说,“否则在实际通信中,误码率会高到无法接受。”
张飞走到白板前,看了看那些公式。
“你试过其他编码方案吗?”
“试过。”林沐瑶调出电脑上的模拟数据,“颜色码、拓扑码、甚至我自己设计的一种变体……最好的结果,就是一百个物理比特换一个逻辑比特,错误率10^-4。”
她揉了揉太阳穴。
“我觉得,这条路可能走不通。”
张飞没说话。
他拿起记号笔,在白板角落画了个简单的图。
一个圆,里面画了几条波浪线。
“这是什么?”林沐瑶问。
“水。”张飞说,“你往水里扔块石头,会怎么样?”
“产生波纹?”
“对。”张飞在圆外面又画了几个小圆,“波纹会扩散,会衰减,最后消失。”
他把笔放下。
“量子态就像水波。退相干就是波纹衰减的过程。你想用编码来抵抗退相干,就像想用堤坝挡住水的扩散——可以,但堤坝本身也会被水渗透。”
林沐瑶盯着那个图。
“那……怎么办?”
“换个思路。”张飞擦掉那个圆,重新画了一个。
这次是个方框,方框里画了很多小点。
“如果我们不追求‘绝对不衰减’,而是追求‘在衰减到不可用之前,把信息传出去’呢?”
林沐瑶眼睛亮了。
“您是说……短距离、高速率传输?”
“对。”张飞在方框两边各点了一个点,“把通信距离缩短到十公里内。用超高重复频率,每秒发射上亿个光子。这样,即使单个光子的量子态会衰减,但统计意义上,总能有一部分成功传递信息。”
他顿了顿。
“就像下雨。你没办法保证每一滴雨都落到指定位置,但如果你下得够多,地面总会湿。”
林沐瑶飞快地在笔记本上计算。
“十公里……重复频率10^8……单光子源效率至少要……我算算……”
她埋头算了五分钟。
抬起头时,眼睛亮得惊人。
“理论上可行!”
“那就试试。”张飞说,“先搭个小系统验证一下。”
“需要什么设备?”
“单光子源、超导纳米线探测器、时间同步装置……”张飞一项项列,“还有,需要一个绝对安静的环境。任何震动、电磁干扰都会让实验失败。”
“基地地下三层有个旧实验室,”林沐瑶说,“当年建‘龙巢’时挖的,深入山体一百米。那里够安静。”
“行。”张飞点头,“你去申请使用权限,我来列设备清单。”
“好!”
林沐瑶抓起笔记本就跑。
跑到门口,又回头。
“张老师……”
“嗯?”
“谢谢。”她轻声说,“每次我卡住的时候,您总能找到路。”
张飞摆摆手。
“赶紧去。”
……
上午十点,项目进度会。
量子通信项目组的五个人围坐在小会议室里。
除了张飞和林沐瑶,还有三个从各研究所抽调来的骨干:光学专家老周,电子学专家小赵,还有个做低温物理的女博士,叫吴倩。
“情况就是这样。”林沐瑶介绍完新方案,“我们需要在两周内,在地下三层实验室搭建验证系统。”
老周推了推眼镜。
“单光子源的问题不大,我们实验室有现成的。但超导纳米线探测器……那东西对温度要求太苛刻了,要保持在2K以下。”
“液氦制冷系统。”吴倩接话,“我可以设计一套小型闭环制冷装置,但需要至少五十万经费。”
“批了。”张飞说,“写申请,我签字。”
小赵举手。
“时间同步呢?10^8的重复频率,意味着每十纳秒就要发射一个光子。发射端和接收端的时钟误差,必须控制在皮秒级。”
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