基于纠缠的量子网络，意味着什么？

光子盒研究院出品

毫不夸张地说，量子驱动下的互联网将是革命性的。它将使量子设备能够提供惊人水平的隐私和安全性，并具有解决各种复杂问题的计算能力，这些问题将使经典计算机无所适从。

迄今为止，忙于为量子互联网奠定基础的国家和公司只能连接两台量子设备。但现在，荷兰代尔夫特理工大学的物理学家已经成功地连接了三台量子设备。

这听起来可能并不多，但是从量子计算的角度来看，它是影响巨大的。

这项研究的主要作者、代尔夫特理工大学教授、QuTech首席研究员、实验物理学家Ronald Hanson说：“这是第一次由量子处理器构建网络。过去十年来，许多平台都展示了两个处理器之间的单一连接，但尚未实现任何网络。”

Ronald Hanson

这项研究发表在4月16日的《科学》杂志上。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6539/259/tab-article-info

量子计算可实现强大的处理能力，其处理速度是经典计算机的一亿倍以上。简单来说，量子计算机能够同时处理一个问题的所有可能的答案。如何做到这一点？它利用了量子物理学中怪异的、大量神秘的行为。

想象一下通过量子互联网连接的多个量子设备或节点的处理能力。专家预测，理论上讲，全球量子计算机网络可以为一些最具挑战性的问题提供答案，例如扭转气候变化、治愈疾病和解决世界饥饿问题。但是，最直接的好处就是安全性。

都柏林圣三一大学工程学院副教授Harun Šiljak说：“量子通信网络从根本上带来了一种新的安全范式，不受任何计算能力的威胁：物理特性带来的安全性。” Šiljak没有参与这项新研究。

“如果做得好，那么这种安全的通信协议给你带来的好处是不必相信任何人：硬件提供商、软件提供商、网络运营商或国家。”

完全实现的量子互联网仍然是遥不可及的目标，但是这个三节点网络帮助我们更近了一步。

Hanson及其同事开发的网络使我们离量子互联网更近了一步。它展示了随着不断的进步，量子设备如何能够在更远的距离上相互通信，从而在不久的将来创建一个功能强大的量子互联网。

Hanson说：“有了第一个网络，我们就可以开始将其用作量子互联网发展的独特测试平台。我们将通过提高性能和增加处理器中的量子比特数量来增强其功能。”

本源量子展示的量子计算机

经典计算机在取值为0或1的比特上运行。量子计算机在量子比特上运行，量子比特在叠加状态下可以同时为0和1。量子比特越多，量子计算机可以做的事越多。

“热切期待的量子计算机领域的革命被推迟了，而我们试图找出制造更大规模的量子计算机的方式：增加更多的量子比特，”Šiljak说。

但是有一个问题。Šiljak解释说，量子过程的脆弱性意味着每个新的量子比特都会带来错误的可能性。Šiljak说：“一旦发生错误，就会危及计算。一切都被连接在一起，因此一部分错误很容易传播并使整个计算无效。”

经典计算机有纠错技术，其中许多依赖于保留和比较数据的多个副本。但是我们不能在量子领域保留副本。这对安全性来说很好，但当事情出错时就不好了。那么我们如何解决错误呢？

这可以归结为制造量子计算机的新方法。4月16日发表在《科学》杂志上的一篇评论文章介绍了当前用于量子设备关键组件的材料，包括超导量子比特，半导体量子点和离子，同时指出了开发可以改进和扩展量子硬件并解决错误的材料的新方法。

论文链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6539/eabb2823

“对于材料界来说，为QIP（量子信息处理）平台开发新材料是当务之急，” IBM Quantum的量子计算实验科学家Hanhee Paik解释说。

“这包括用更好和更具量子兼容性的材料替换现有材料，并开发制造方法以在量子硬件平台上实现新材料。”

Paik说，材料研究在推动经典计算从晶体管发展到集成电路方面也发挥了重要作用。为了实现量子计算的规模化（增加更多的量子比特，提高处理能力并最终实现量子互联网），材料的持续发展至关重要。

“这种努力需要时间，” Paik说。“但是要看到在未来十年内开发量子系统的好处，我们必须立即开始。”

Paik和她的团队认为，重要的是，解决这些实质性问题将需要跨学科的合作。

研究人员写道：“量子计算最初是一项基本的跨学科工作，将计算机科学、信息科学和量子物理联系在一起。现在，通过与材料科学建立新的合作伙伴关系来拓展该领域的时机已经成熟。”

这项新的研究和代尔夫特理工大学的研究清楚地表明，需要采用合作的方法来解决量子设备相互通信的障碍，最终实现量子互联网的梦想。

而且，就像量子世界中的粒子一样，这个梦想同时感觉到可能和不可能。

文章链接：

https://www.inverse.com/innovation/quantum-internet-is-coming

—End—

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