美國(guó)芝加哥大學(xué)也要搞量子網(wǎng)絡(luò)了。
隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，黑客攻擊水平也道高一尺魔高一丈，對(duì)全世界網(wǎng)絡(luò)安全造成極大的破壞。僅僅在2016年，美國(guó)因安全問題造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)570億美元至1090億美元。
芝加哥大學(xué)一個(gè)小組決心改變這一現(xiàn)狀，計(jì)劃通過量子技術(shù)來建立一個(gè)絕對(duì)安全不可破解的量子網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)將建在能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室之間，使用長(zhǎng)度達(dá)48公里未啟用的光纜，建成后將成為世界上最長(zhǎng)的量子物理測(cè)試鏈接之一，實(shí)驗(yàn)將有來自全球的70名量子物理學(xué)家和工程師參與。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室副主任兼首席研究官約瑟夫·萊金肯認(rèn)為，這將是第一次在美國(guó)建立一個(gè)長(zhǎng)距離的、永久的、可運(yùn)行的量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以證明量子技術(shù)的可行性，探索量子糾纏的特性，為未來創(chuàng)立量子網(wǎng)絡(luò)鋪平道路。
這個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)將不可破解，因?yàn)橐坏┯腥嗽噲D觀察傳輸，傳輸本身就會(huì)受到干擾，從而破壞傳輸?shù)男畔ⅲ⑾蛲ㄐ烹p方發(fā)出警告。這個(gè)說法可能讀者朋友們都非常熟悉了，沒錯(cuò)，中國(guó)的量子保密通信就是這樣的，一旦有人偷窺處于糾纏態(tài)的量子，糾纏就被破壞了。
很多國(guó)家都在搞類似美國(guó)的這種量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，不過芝加哥的研究人員認(rèn)為，他們的實(shí)驗(yàn)是獨(dú)一無二的。因?yàn)樽畲蟮闹袊?guó)量子網(wǎng)絡(luò)和其它國(guó)家的大多依靠糾纏的光子飛行比特作為攜帶密鑰的信使，通過光纜傳輸，由于光子傳播時(shí)間越長(zhǎng)，被吸收和散射的可能性就越大，因而無法到達(dá)目的地，需要大量的中繼節(jié)點(diǎn)。而芝加哥的解決方案是全固態(tài)，由光子飛行比特來啟動(dòng)位于量子網(wǎng)絡(luò)兩端的固態(tài)量子比特節(jié)點(diǎn)之間的糾纏，一旦它們共享糾纏量子態(tài)，就可以通過量子隱形傳態(tài)直接在彼此之間傳輸信息。
固態(tài)量子比特基于固體中的原子缺陷，如金剛石中的氮-空位和碳化硅材料，或含有單原子雜質(zhì)的稀土材料，與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中使用的材料類似。固態(tài)量子比特與光子飛行比特相比，具有穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，容易擴(kuò)展到大型系統(tǒng)。
目前這種系統(tǒng)已有不少實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，比如加州理工和費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的合作等，但都是小規(guī)模的，因?yàn)榧词故菐坠锏木嚯x，對(duì)粒子的糾纏都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)——糾纏的粒子不能以任何方式與環(huán)境相互作用，科學(xué)家必須克服粒子發(fā)射光子的任何損失并精確協(xié)調(diào)它們的傳輸時(shí)間。
我理解的是，芝加哥大學(xué)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了飛行的光量子比特與靜止的原子量子比特之間的量子隱形傳態(tài)，并將之運(yùn)用于量子網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
中國(guó)已開通了世界首條，長(zhǎng)達(dá)2000公里的量子保密通信“京滬干線”，并與墨子號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)連接，不過看媒體介紹，中間是有32個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的，而這些節(jié)點(diǎn)并不是絕對(duì)安全的量子中繼，芝加哥的這個(gè)是不是就是所謂的量子中繼了呢？
不過可以肯定的是，理論已限制量子隱形傳態(tài)傳輸物質(zhì)、能量和信息，所以該量子網(wǎng)絡(luò)無法用于超光速通信上，也無法用于星際迷航中人體的光束傳送。本月芝加哥大學(xué)和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室三家機(jī)構(gòu)將在芝加哥量子峰會(huì)上交流，可能會(huì)有更多的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)展。
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