研究人員提出了量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的路線圖

量子互聯(lián)網(wǎng)很可能是第一個(gè)成為現(xiàn)實(shí)的量子信息技術(shù)。荷蘭代爾夫特的QuTech研究人員今天發(fā)表了一份關(guān)于科學(xué)這一目標(biāo)的綜合指南。它描述了六個(gè)階段，從可以實(shí)現(xiàn)安全量子通信的簡(jiǎn)單的量子比特網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始 - 這個(gè)階段在不久的將來(lái)可能成為現(xiàn)實(shí)。開(kāi)發(fā)以完全量子連接的量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)束。在每個(gè)階段，都可以使用新的應(yīng)用，例如極其精確的時(shí)鐘同步或在一個(gè)虛擬超級(jí)望遠(yuǎn)鏡中將不同的望遠(yuǎn)鏡集成在地球上。這項(xiàng)工作創(chuàng)造了一種共同語(yǔ)言，將量子網(wǎng)絡(luò)的高度跨學(xué)科領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了全球量子互聯(lián)網(wǎng)的夢(mèng)想。

一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)將由量子物理學(xué)，如利用糾纏現(xiàn)象革命性的通信技術(shù)。研究人員正在研究能夠在地球上任意兩點(diǎn)之間傳輸量子比特的技術(shù)。這樣的量子比特可以同時(shí)為0和1，并且可以糾纏 - 它們的命運(yùn)以這樣的方式合并，即其中一個(gè)量子比特上的操作立即影響另一個(gè)的狀態(tài)。

這帶來(lái)了我們今天所知道的互聯(lián)網(wǎng)可接受的兩個(gè)功能。首先，糾纏可以改善遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)。這使得它非常適合于諸如時(shí)鐘同步或遠(yuǎn)程望遠(yuǎn)鏡的鏈接之類的任務(wù)，以獲得更好的圖像。第二，糾纏本質(zhì)上是安全的。如果兩個(gè)量子比特最大程度地糾纏在一起，那么宇宙中的任何其他東西都不會(huì)在該糾纏中占有任何份額。此功能使糾纏特別適用于需要安全性和隱私的應(yīng)用程序。

量子互聯(lián)網(wǎng)的許多其他應(yīng)用程序已為人所知，并且隨著第一批網(wǎng)絡(luò)上線，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多應(yīng)用程序。QuTech的研究人員，代爾夫特理工大學(xué)和荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織TNO的合作，現(xiàn)在已經(jīng)提出量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段，以技術(shù)能力和相應(yīng)的應(yīng)用為特色。

真正的量子網(wǎng)絡(luò)的最低??階段 - 準(zhǔn)備和測(cè)量網(wǎng)絡(luò) - 允許在任何兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間端到端地傳遞量子比特，一次一個(gè)量子比特。這已足以支持量子網(wǎng)絡(luò)的許多加密應(yīng)用程序。最高階段是連接可以執(zhí)行任意量子應(yīng)用的大型量子計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)期目標(biāo)。

除了為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)外，該工作還對(duì)工程工作和應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提出了挑戰(zhàn)。“一方面，我們希望在網(wǎng)絡(luò)上建立更先進(jìn)的階段”，該作品的第一作者Stephanie Wehner說(shuō)，“另一方面，量子軟件開(kāi)發(fā)人員面臨著降低應(yīng)用程序協(xié)議要求的挑戰(zhàn)。他們可以通過(guò)較低階段的較為適度的技術(shù)能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。“ 共同作者羅納德漢森補(bǔ)充說(shuō)：“這項(xiàng)工作在物理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)和工程學(xué)的高度跨學(xué)科的量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域之間建立了一種急需的共同語(yǔ)言。”

第一個(gè)真正的量子網(wǎng)絡(luò)，允許量子比特的端到端傳輸，預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年實(shí)現(xiàn)，預(yù)示著大規(guī)模量子互聯(lián)網(wǎng)的曙光。