01. 研究超越，從兩個(gè)點(diǎn)延伸到更多點(diǎn)
量子互聯(lián)網(wǎng)的研究由來已久，近日，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)取得了重大突破，向這個(gè)未來的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)邁出了重要的一步，使用一種叫做量子隱形傳態(tài)的技術(shù)，在三個(gè)物理地點(diǎn)之間發(fā)送數(shù)據(jù)。而在此之前，只有兩個(gè)地方可以做到這一點(diǎn)。
新的實(shí)驗(yàn)表明，科學(xué)家可以將量子網(wǎng)絡(luò)延伸到越來越多的地點(diǎn)。
負(fù)責(zé)該團(tuán)隊(duì)的代爾夫特物理學(xué)家 Ronald Hanson 說，我們現(xiàn)在正在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建小型量子網(wǎng)絡(luò)，但我們的想法是最終建立一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)。
02. 量子互聯(lián)網(wǎng)，牢不可破的新型加密
自2019年谷歌實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”以來，量子計(jì)算雖然才處于發(fā)展初期，全球卻已呈現(xiàn)白熱化狀態(tài)。研究界、學(xué)術(shù)界到產(chǎn)業(yè)界，都在爭相布局量子計(jì)算。
然而，對(duì)于量子計(jì)算而言，如果沒有另一項(xiàng)技術(shù)的突破，量子計(jì)算將無法發(fā)揮其潛力。它被稱為 "量子互聯(lián)網(wǎng)"。
量子互聯(lián)網(wǎng)是一種可以在遠(yuǎn)程機(jī)器之間發(fā)送量子信息的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
眾所周知，互聯(lián)網(wǎng)的誕生催生了第四次工業(yè)革命，而量子互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)會(huì)不會(huì)又掀起一場血雨腥風(fēng)呢？
今天，當(dāng)我們在互聯(lián)網(wǎng)上處理問題時(shí)，你以為你的信息是安全的嗎？不是的，我們所使用的諸如騰訊服務(wù)器，谷歌服務(wù)器，騰訊、谷歌知道你在他的服務(wù)器上運(yùn)行了什么。
然而，對(duì)于量子互聯(lián)網(wǎng)而言，它不僅可以解決你的問題，而且還不知道你的問題是什么，未來量子互聯(lián)網(wǎng)可以提供一種理論上牢不可破的新型加密。這就是各國大力投資量子互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵之處。
03. 何為量子隱形傳態(tài)
Hanson團(tuán)隊(duì)本周在科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表了一篇論文[1]，展示了愛因斯坦曾經(jīng)認(rèn)為不可能的，稱之為 "鬼魅般的超距作用"現(xiàn)象的力量，即量子隱形傳態(tài)[2]?？梢栽诓煌攸c(diǎn)之間傳送信息，而不需要實(shí)際移動(dòng)容納信息的物理物質(zhì)。
這項(xiàng)技術(shù)可以徹底改變數(shù)據(jù)從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的傳輸方式。它借鑒了一個(gè)多世紀(jì)以來涉及量子力學(xué)的研究，這是一個(gè)管理亞原子領(lǐng)域的物理學(xué)領(lǐng)域，其行為與我們在日常生活中經(jīng)歷的任何事情都不同。量子隱形傳態(tài)不僅能在量子計(jì)算機(jī)之間移動(dòng)數(shù)據(jù)，而且還能以一種無人能攔截的方式進(jìn)行。
因斯布魯克大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理研究所的研究員 Tracy Eleanor Northup 說，"這不僅意味著量子計(jì)算機(jī)可以解決你的問題，而且還意味著它不知道你的問題是什么，而今天并不是這樣的。谷歌知道你在它的服務(wù)器上運(yùn)行什么?！?/span>
04. 量子計(jì)算機(jī)的特別之處
量子計(jì)算機(jī)與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的區(qū)別，可參閱《一文讀懂量子計(jì)算》，相對(duì)于經(jīng)典計(jì)算機(jī)摩爾定律極限限制的計(jì)算能力，量子計(jì)算機(jī)隨著量子比特?cái)?shù)量的增加，量子計(jì)算機(jī)的算力會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長。
量子計(jì)算機(jī)可以加速藥物研發(fā)，推動(dòng)人工智能的進(jìn)步，以及破解保護(hù)對(duì)國家安全至關(guān)重要的計(jì)算機(jī)的加密技術(shù)等。在全球范圍內(nèi)，政府、學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室、初創(chuàng)企業(yè)和科技巨頭正在花費(fèi)數(shù)十億美元探索這項(xiàng)技術(shù)。
2019年，谷歌宣布實(shí)現(xiàn)科學(xué)家所謂的 "量子霸權(quán)"，這意味著它可以完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法完成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。但大多數(shù)專家認(rèn)為，在量子計(jì)算機(jī)能夠真正做一些你無法用其他機(jī)器做的有用的事情之前，至少還需要幾年的時(shí)間。
挑戰(zhàn)的一部分在于，如果你從一個(gè)量子比特上讀取信息，量子態(tài)就會(huì)坍塌，量子比特將會(huì)變成一個(gè)普通的比特，只能容納0或1，而不能同時(shí)存儲(chǔ)兩者。但是，通過將許多量子比特結(jié)合在一起，并開發(fā)出防止退相干的方法，科學(xué)家們希望能夠建造出既強(qiáng)大又實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)。
05. 多點(diǎn)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)
在理想情況下，這些量子計(jì)算機(jī)將被連接成網(wǎng)絡(luò)，可以在節(jié)點(diǎn)之間發(fā)送信息，使它們可以在任何地方使用，就像谷歌和亞馬遜等公司的云計(jì)算服務(wù)一樣。
但這也帶來了自己的問題。部分原因是退相干，量子信息不能簡單地通過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)制和發(fā)送。量子隱形傳態(tài)提供了另一種選擇。
雖然它不能將物體從一個(gè)地方移動(dòng)到另一個(gè)地方，但它可以通過利用一種叫做 "糾纏 "的量子特性來移動(dòng)信息。一個(gè)量子系統(tǒng)的狀態(tài)變化會(huì)瞬間影響到另一個(gè)遙遠(yuǎn)的系統(tǒng)的狀態(tài)。
這些糾纏的系統(tǒng)可以是電子、光子或其他物體。Hanson 博士和他的團(tuán)隊(duì)使用了所謂的氮空位色心，合成鉆石中可以捕獲電子的微小空間。
研究小組建立了三個(gè)這樣的量子系統(tǒng)，分別命名為Alice、Bob和Charlie，并用多股光纖將它們連成一線。然后，科學(xué)家們可以通過在這些系統(tǒng)之間發(fā)送單個(gè)光子來糾纏這些系統(tǒng)。
首先，研究人員將兩個(gè)電子糾纏在一起——一個(gè)屬于 Alice，另一個(gè)屬于 Bob。實(shí)際上，電子被賦予了相同的自旋，因此在一個(gè)共同的量子態(tài)中結(jié)合或糾纏在一起，每個(gè)電子都存儲(chǔ)著相同的信息。
然后，研究人員可以將這種量子態(tài)轉(zhuǎn)移到 Bob 合成鉆石內(nèi)的另一個(gè)量子比特，即碳核。這樣做釋放了Bob 的電子，研究人員可以將它與屬于Charlie的另一個(gè)電子糾纏在一起。
通過對(duì)Bob的兩個(gè)量子比特（電子和碳核）進(jìn)行特定的量子操作，研究人員就可以將這兩個(gè)糾纏在一起。Alice 加 Bob 粘合到 Bob 加 Charlie。
其結(jié)果是，Alice和 Charlie糾纏在一起，這使得數(shù)據(jù)可以跨越所有三個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
當(dāng)數(shù)據(jù)以這種方式傳輸時(shí)，沒有實(shí)際走過節(jié)點(diǎn)之間的距離，它就不會(huì)丟失。信息可以被輸入到連接的一側(cè)，然后出現(xiàn)在另一側(cè)。
其傳輸?shù)男畔⒁膊荒鼙唤厝?/strong>，由量子隱形傳態(tài)驅(qū)動(dòng)的未來量子互聯(lián)網(wǎng)可以提供一種理論上牢不可破的新型加密。
在新的實(shí)驗(yàn)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離并不遙遠(yuǎn)，只有大約60英尺。但以前的實(shí)驗(yàn)表明，量子系統(tǒng)可以在更遠(yuǎn)的距離上進(jìn)行糾纏。
希望再經(jīng)過幾年的研究后，量子隱形傳態(tài)將能夠跨越數(shù)英里，最終實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)，帶來革命性的、絕對(duì)安全的信息時(shí)代。
引用：
[1]https://www.nature.com/articles/s41586-022-04697-y
[2]https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/spooky-action-distance/
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