一個物理學(xué)家團隊預(yù)測,，未來的“量子互聯(lián)網(wǎng)”可能在技術(shù)成熟之前很久就會被使用,。 利用量子物理學(xué)的獨特效應(yīng)的這種網(wǎng)絡(luò)將與我們今天使用的經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)根本不同，全世界的研究小組已經(jīng)在其早期發(fā)展階段開展工作,。 第一階段承諾在通信中幾乎牢不可破的隱私和安全; 一個更成熟的網(wǎng)絡(luò)可能包括一系列科學(xué)應(yīng)用,，而這些應(yīng)用是傳統(tǒng)系統(tǒng)無法實現(xiàn)的，包括可以探測引力波的量子傳感器,。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一個著名的量子互聯(lián)網(wǎng)研究團隊現(xiàn)在發(fā)布了一個路線圖,，闡述了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的各個階段 – 并詳細說明了每個階段所涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)。 他們的預(yù)測在10月18日的Science中有所描述,。 氮空位中心的原型 量子差異 研究人員認為，這種技術(shù)可以補充而不是取代現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng),，最終可以擴展到大型用戶，如大學(xué)實驗室和個人消費者,，盡管他們沒有給出時間尺度,。他們說,，這與量子計算機形成鮮明對比 – 物理學(xué)家正在狂熱地研究另一種未來主義技術(shù)，旨在建造能夠超越傳統(tǒng)計算機的機器,。理論物理學(xué)家斯蒂芬妮·韋納說：“在量子計算領(lǐng)域,，它更具有全有或全無的優(yōu)勢?！彼c代爾夫特同事大衛(wèi)·埃爾庫斯和羅納德·漢森共同撰寫了這篇論文,。 德國斯圖加特大學(xué)的量子物理學(xué)家Stefanie Barz 對此表示贊同。她和其他人說,，很難預(yù)測哪種技術(shù)將首先出現(xiàn) – 廣泛采用的量子互聯(lián)網(wǎng)或有用的量子計算機,。但是量子網(wǎng)絡(luò)有一個很大的優(yōu)勢，Barz說，“這樣的網(wǎng)絡(luò)可以逐步建立,，并且可以在每一步中添加不同的功能”,。該路線圖還旨在為涉及不同背景的研究人員建立一個共同語言，包括信息技術(shù),，計算機科學(xué),，工程和物理。 “人們談?wù)摿孔泳W(wǎng)絡(luò)意味著截然不同的事情,，”漢森說,，他是共同領(lǐng)導(dǎo)代爾夫特集團推動建立一個連接四個荷蘭城市的量子互聯(lián)網(wǎng)示范的實驗性物理學(xué)家。東京慶應(yīng)義塾大學(xué)的量子網(wǎng)絡(luò)工程師Rodney Van Meter表示,，該論文有助于澄清該領(lǐng)域的目標,。 “它為我們提供了一個新的詞匯表來理解我們正在開發(fā)的內(nèi)容?！彼f,，文檔闡明應(yīng)用程序的方式也可以幫助研究人員向潛在投資者解釋他們的建議。 “通過這個路線圖,，我們可以進行這種對話,。” 六個階段 量子網(wǎng)絡(luò)和量子計算共享許多概念和技術(shù),。 兩者都利用了在經(jīng)典物理學(xué)中沒有類似物的現(xiàn)象：例如,，諸如電子或光子的量子粒子可以處于兩種明確定義的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)之一,，順時針或逆時針 – 但也可以同時組合 兩者,，稱為疊加。 并且兩個粒子可以“糾纏”,，其中它們共享共同的量子態(tài),。 這使得它們以看似協(xié)調(diào)的方式（例如在相反方向上旋轉(zhuǎn)）起作用，即使它們被很遠的距離分開,。
代爾夫特團隊為量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃了六個階段（參見“量子互聯(lián)網(wǎng)的六個步驟”）,。 第一個 – 他們說是一種階段0，因為它沒有描述真正的量子互聯(lián)網(wǎng) – 是一個網(wǎng)絡(luò),，使用戶能夠建立一個通用的加密密鑰,，以便他們可以安全地共享他們的（經(jīng)典）數(shù)據(jù)。量子物理僅在幕后發(fā)生：服務(wù)提供商使用它來創(chuàng)建密鑰,。但是提供者也知道密鑰,，這意味著用戶必須信任它。這種類型的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在,，尤其是在中國,，它延伸了2000多公里，連接了包括北京和上海在內(nèi)的主要城市,。 在第1階段,，用戶將開始進入量子游戲，其中發(fā)送者創(chuàng)建量子狀態(tài),，通常用于光子,。這些將被發(fā)送到接收器，或者沿著光纖或者通過在開放空間中發(fā)射的激光脈沖,。在此階段,，任何兩個用戶都可以創(chuàng)建只有他們知道的私有加密密鑰。 該技術(shù)還將使用戶能夠?qū)⒘孔用艽a提交給諸如ATM之類的機器,。機器將能夠驗證密碼而不知道密碼是什么或能夠竊取密碼,。 第一階段尚未進行大規(guī)模試驗，但在小城市規(guī)模上已經(jīng)具備了技術(shù)可行性,，Wehner說,，盡管它會非常緩慢。由合肥中國科技大學(xué)潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的一個小組在2017年創(chuàng)造了這種傳輸?shù)氖澜缂o錄,，當時他們用一顆衛(wèi)星連接了兩個相距1200多公里的實驗室,。 在第二階段，量子互聯(lián)網(wǎng)將利用強大的糾纏現(xiàn)象,。它的第一個目標是使量子加密基本上牢不可破,。這個階段所需的大多數(shù)技術(shù)已經(jīng)存在，至少作為基本的實驗室演示,。階段(3)到(5)將首次使任何兩個用戶能夠存儲和交換量子比特或量子比特,。這些是量子信息單位，類似于經(jīng)典的1和0，但它們可以同時疊加1和0,。量子比特也是量子計算的基礎(chǔ),。 （許多實驗室 – 無論是在學(xué)術(shù)界還是在大公司，如IBM或谷歌 – 都在構(gòu)建越來越復(fù)雜的量子計算機;最先進的實驗室擁有可以容納幾十個量子比特的存儲器,。）進入最后階段需要幾個突破,。 Hanson的團隊一直處于這些努力的最前沿，并且正致力于構(gòu)建第一個“量子中繼器” – 這種設(shè)備可以幫助在越來越大的距離上糾纏量子比特,。 時鐘和選舉 最高階段網(wǎng)絡(luò)的早期采用者可能是科學(xué)家本身,。實驗室將遠程連接到第一臺高級量子計算機，或?qū)⑦@些計算機連接起來作為一臺計算機,。然后,，他們可以使用這些系統(tǒng)進行經(jīng)典機器無法實現(xiàn)的實驗，例如,，模擬分子或材料的量子物理學(xué),。量子時鐘網(wǎng)絡(luò)可以極大地提高引力波等現(xiàn)象的測量精度，遙遠的光學(xué)望遠鏡可以連接它們的量子比特以銳化圖像,。但也可能存在科學(xué)之外的應(yīng)用,。在一次選舉中，第5階段的量子互聯(lián)網(wǎng)可以讓選民不僅可以選擇一個候選人,，而且可以選擇候選人的“疊加”,，其中包括他們的第二個選擇。 “量子選民”,，馬薩諸塞州劍橋市哈佛 – 史密森尼天體物理中心的物理學(xué)家尼科爾·云格爾·哈爾彭說,，他可以使用“古典選民無法實施的戰(zhàn)略投票計劃”。量子技術(shù)可能有助于大型團體協(xié)調(diào)并達成共識,，例如,，驗證比特幣等電子貨幣,。 康涅狄格州紐黑文市耶魯大學(xué)理論物理學(xué)家Liang Jiang 表示,，路線圖對更廣泛的量子社區(qū)有用，但主要側(cè)重于代爾夫特集團采用的技術(shù)類型,。 例如,，江和合作者去年發(fā)表的理論工作表明，中小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)可以基于微波而不是激光脈沖,。對于這些應(yīng)用程序是否真正有用,，或者量子互聯(lián)網(wǎng)是否足夠復(fù)雜以使其廣泛可用，研究人員的意見并不是一致的,。 但有些人樂觀,。 “我毫不懷疑它會在某個時刻存在，”Wehner說。但是,，她補充說,，“我認為這需要很長時間”。 Qubitlab_Peter | 整理 Yoking | 編輯 量豆豆 | 校對 |
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