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來自荷蘭量子計(jì)算公司QuTech的一支研究團(tuán)隊(duì)，剛剛實(shí)現(xiàn)了包含三個(gè)量子處理器的多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)，并且獲得了關(guān)鍵量子網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原理證明。在近日發(fā)表于《科學(xué)》雜志的一篇題為《基于遠(yuǎn)程固態(tài)量子位的多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)》的文章中，他們已經(jīng)介紹了這項(xiàng)通往未來量子互聯(lián)網(wǎng)的重要里程碑式發(fā)現(xiàn)。
互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)大之處，在于能夠聯(lián)通地球上任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)十年前設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序都夢想不到的新功能。
現(xiàn)如今，世界各地的諸多實(shí)驗(yàn)室，都有許多研究人員在努力開發(fā)第一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)可在相隔極遠(yuǎn)的距離上，連接任意兩臺(tái)量子設(shè)備，比如量子計(jì)算機(jī)或傳感器。
盡管當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)仍在以0和1這“1-bit”來分配信息，但未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將可同時(shí)使用兩種位態(tài)。
研究團(tuán)隊(duì)成員之一的博士研究生Matteo Pompili表示：“從無法破解的通信、到具有完全用戶隱私的云計(jì)算、再到高精度計(jì)時(shí)等功能，量子互聯(lián)網(wǎng)將開辟一系列新穎的應(yīng)用”。
過去十年，研究人員已經(jīng)設(shè)法量兩個(gè)共享直接物理鏈接的量子設(shè)備連到一起，從而邁出了通往量子互聯(lián)網(wǎng)的第一步。
不過在實(shí)現(xiàn)可伸縮的量子網(wǎng)絡(luò)之前，仍需搞定通過中間節(jié)點(diǎn)的量子信息傳輸，這點(diǎn)類似于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中的路由器。
與此同時(shí)，許多有前途的量子互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都依賴于糾纏的量子比特，但它們往往分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間。
所謂糾纏，特指量子尺度上觀察到的一種現(xiàn)象，此前研究人員已經(jīng)揭示過無論遠(yuǎn)近都能實(shí)現(xiàn)糾纏的特性。
除了算力強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)，這項(xiàng)特性還為將來量子互聯(lián)網(wǎng)的量子信息共享奠定了基礎(chǔ)。
在QuTech的實(shí)驗(yàn)中，初始的量子網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，它們在同一建筑物內(nèi)相距一定的范圍。為讓這些節(jié)點(diǎn)能夠組成一個(gè)真正的網(wǎng)絡(luò)來運(yùn)行，研究人員不得不發(fā)明一種新穎的架構(gòu)，以使之?dāng)U展到單個(gè)鏈接之外。
據(jù)悉，被稱作Bob的中間結(jié)點(diǎn)，與稱作Alice和Charlie的兩個(gè)外部節(jié)點(diǎn)都具有物理連接，從而允許與這些節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)都建立量子糾纏鏈接。
此外，Bob配備了一個(gè)可用作存儲(chǔ)器的額外量子比特，以在建立新鏈接時(shí)存儲(chǔ)先前生成的量子鏈接。
在Alice-Bob和Bob-Charlie之間建立量子鏈接之后，Bob可通過一組量子運(yùn)算，將這些鏈接轉(zhuǎn)換為Alice-Charlie的量子鏈接。
量子互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要特征，就是需要通過“標(biāo)志”信號來宣布完成了這些(本質(zhì)上也是概率性的)協(xié)議。這點(diǎn)對于量子網(wǎng)絡(luò)的可伸縮性至關(guān)重要，因?yàn)閷硇枰ㄟ^許多這樣的協(xié)議來串稱一個(gè)大網(wǎng)。
團(tuán)隊(duì)另一位成員Sophie Hermans表示：“一旦建立了連接，我們就能保持最終的糾纏狀態(tài)，并保護(hù)其免受噪音的干擾。理論上，我們可以將這些狀態(tài)用于量子密鑰的分發(fā)、量子計(jì)算、或任何其它后續(xù)的量子協(xié)議”。
研究領(lǐng)隊(duì)Ronald Hanson總結(jié)道：“這是首個(gè)基于糾纏的量子網(wǎng)絡(luò)，可作為研究人員開發(fā)和測試量子互聯(lián)網(wǎng)的軟硬件及協(xié)議的獨(dú)特平臺(tái)”。
未來量子互聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)的量子設(shè)備和中間結(jié)點(diǎn)組成，QuTech團(tuán)隊(duì)已在研究將之與現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)提供兼容的可行性。
在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，他們將在實(shí)驗(yàn)室外的電信光纖上對當(dāng)前原理進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)計(jì)QuTech的城際量子互聯(lián)網(wǎng)演示線路可在2022年完成。
(原標(biāo)題：QuTech研究人員建立首個(gè)基于糾纏的量子網(wǎng)絡(luò))
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