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量子網絡渐行渐近

今天的互联网并不安全。从不安全的通信链接到云端数据缺乏保护,漏洞无处不在。但如果量子物理学家获得成功,这些弱点很快就会像渡渡鸟一样消失。量子物理学家想要建立一个量子網絡,在这里,信息的创建、存储和移动都以一种反映量子世界奇异行为的方式进行。这种系统可以提供今天互联网不可能实现的更高程度的隐私、安全和计算能力。尽管完全实现量子網絡仍是一个遥远的愿景,但最近在传输、存储和操纵量子信息方面取得的突破,已使物理学家相信,一种简单的原理验证迫在眉睫。

從讓光子改變顔色的鑽石和晶體缺陷,到充當“幽靈”網絡節點的無人機,研究人員正在利用各種奇異材料和技術進行量子探索。許多人說,第一階段是使用標准光纖連接至少3個相距50至100公裏的小型量子設備。

量子網絡渐行渐近

奥地利因斯布鲁克量子光学和量子信息研究所的Ben Lanyon说,这样的网络可能在未来5年内建成。Lanyon的团队是欧洲量子互联网联盟成员,其任务是创建一个量子網絡。欧洲正在与中国和美国进行类似的努力。中国于2016年发射了量子通信卫星“墨子号”。去年12月,美国政府颁布了《国家量子倡议法》,该法案将资助多个致力于量子技術的研究中心,包括量子計算机和网络。

荷兰代尔夫特理工大学的Ronald Hanson表示:“量子網絡的主要特点是,你发送的是量子信息,而不是经典信息。”经典信息处理的比特值不是0就是1。然而,量子信息使用的是量子位,可以同时处于0和1的叠加位置。量子位可以进行编码,例如,在光子的偏振态中,或者在电子和原子核的自旋态中。

然而,对于量子網絡来说,卫星是一个昂贵的选择。下一个最好的选择可能是相对便宜的无人机。今年5月,南京大学一个研究团队报告称,他们使用了一架35公斤重的无人机,将纠缠光子发送到距离地面200米的两个量子节点。

但由于量子態不能像經典信息那樣簡單地複制和反刍,量子節點將需要複雜的量子邏輯門,以確保在與環境相互作用造成損失的前提下仍然保持糾纏。Lanyon表示:“這肯定是下一個重大挑戰之一。”

尽管如此,建立一个量子網絡的基本要素已经就位,这个网络至少可以连接3个城市,或许最终可以连接整个世界。“我们现在有了平台,可以第一次探索真正的量子網絡。”Hanson说,更复杂的网络正在召唤人们。“这没有保证。不过如果我们成功了,就能做一些很酷的事情。”

本文轉載自《中國科學報》,观点不代表量子客Qtumist 立场。

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