我們越來越接近量子互聯(lián)網(wǎng) 但這是什么

早在2020年2月，美國能源部阿貢國家實驗室和芝加哥大學(xué)的科學(xué)家透露，他們已經(jīng)實現(xiàn)了量子糾纏-在其中量子對糾纏了兩個微小粒子的行為，因此它們的狀態(tài)相同。位于芝加哥郊區(qū)的52英里(83.7公里)量子環(huán)路網(wǎng)絡(luò)。

如果您不是一位熟悉量子力學(xué)的科學(xué)家，那么您可能想知道到底有什么大驚小怪的，也就是說，物質(zhì)和能量在最小現(xiàn)實尺度上的行為，與我們所看到的世界截然不同我們。

但是研究人員的壯舉可能是未來幾十年開發(fā)功能強大的互聯(lián)網(wǎng)新版本的重要一步。代替今天的網(wǎng)絡(luò)使用的只能表示0或1的位，未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將利用量子信息的量子位，該量子信息可以具有無限數(shù)量的值。(一個量子位是量子計算機的信息單位;就像普通計算機中的一個位)。

這將為量子互聯(lián)網(wǎng)提供更多的帶寬，這將有可能連接超強大的量子計算機和其他設(shè)備，并運行海量的應(yīng)用程序，而這正是我們現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)的。

David Awschalom通過電子郵件解釋說：“量子互聯(lián)網(wǎng)將成為量子生態(tài)系統(tǒng)的平臺，在那里，計算機，網(wǎng)絡(luò)和傳感器以一種全新的方式交換信息，傳感，通信和計算實際上可以作為一個整體協(xié)同工作。” 他是芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的自旋電子學(xué)和量子信息學(xué)教授，也是阿爾貢大學(xué)的高級科學(xué)家，后者領(lǐng)導(dǎo)了量子環(huán)路項目。解釋量子互聯(lián)網(wǎng)

那么，為什么我們需要這個，它做什么呢?首先，量子互聯(lián)網(wǎng)并不是我們現(xiàn)在擁有的常規(guī)互聯(lián)網(wǎng)的替代品。相反，它將是它的補充或分支。它將能夠解決困擾當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的一些問題。例如，量子互聯(lián)網(wǎng)將為黑客和網(wǎng)絡(luò)分子提供更大的保護?，F(xiàn)在，如果紐約的愛麗絲通過互聯(lián)網(wǎng)向加利福尼亞的鮑勃發(fā)送了一條消息，則該消息或多或少地沿一條直線從另一海岸傳播到另一海岸。在此過程中，傳輸消息的信號會下降。中繼器讀取信號，放大并糾正錯誤。但是此過程允許黑客“闖入”并攔截消息。

但是，量子消息不會有這個問題。量子網(wǎng)絡(luò)使用光子粒子發(fā)送不易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的消息。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究員雷·紐厄爾說，與其使用數(shù)學(xué)上的復(fù)雜性加密消息，不如依靠量子物理學(xué)的特殊規(guī)則。對于量子信息，“您不能復(fù)制它或?qū)⑵淝谐蓛砂?，甚至不對其進行更改就無法查看它。” 實際上，正如《連線》雜志所指出的那樣，僅僅試圖截取一條消息就會破壞該消息。這將使加密比現(xiàn)在可用的任何加密方法安全得多。

位于巴吞魯日的路易斯安那州立大學(xué)的研究員Sumeet Khatri說：“了解量子互聯(lián)網(wǎng)概念的最簡單方法是通過量子隱形傳態(tài)。” 他和他的同事寫了一篇關(guān)于天基量子互聯(lián)網(wǎng)的可行性的論文，正如《技術(shù)評論》(Technology Review)所描述的那樣，衛(wèi)星將不斷地將糾纏的光子向下傳播到地球表面。

卡特里說：“量子隱形傳態(tài)不同于非科學(xué)家在科幻電影中所見到的東西。” “在量子隱形傳態(tài)中，兩個想要交流的人共享一對糾纏在一起的量子粒子。然后，通過一系列操作，發(fā)送器可以將任何量子信息發(fā)送到接收器(盡管它不能比光更快地完成)速度，這是一個普遍的誤解。)這種在全世界成對的人之間共享的糾纏在一起的集合實質(zhì)上構(gòu)成了量子互聯(lián)網(wǎng)。核心研究問題是如何最好地將這些糾纏的對分配給分布在世界各地的人們。”

一旦有可能大規(guī)模地進行這項工作，量子互聯(lián)網(wǎng)將變得如此之快，以至于遙遠的時鐘可以比當(dāng)今最好的原子鐘更精確地同步一千倍，正如《宇宙》雜志所詳述的那樣。這將使GPS導(dǎo)航比現(xiàn)在更加精確，并繪制地球引力場的詳細圖，以便科學(xué)家可以發(fā)現(xiàn)引力波的波紋。它還可能使從遙遠的可見光望遠鏡傳送光子到整個地球，并將它們鏈接到一個巨大的虛擬天文臺。全球超強大的量子計算機網(wǎng)絡(luò)也可以一起工作，并創(chuàng)建極其復(fù)雜的仿真。例如，這可能使研究人員能夠更好地了解分子和蛋白質(zhì)的行為，并開發(fā)和測試新的藥物。

這也可能有助于物理學(xué)家解決一些長期存在的謎團。紐厄爾說：“我們沒有關(guān)于宇宙如何運轉(zhuǎn)的完整圖景。” “我們對量子力學(xué)的工作原理有很好的了解，但對影響的了解還不是很清楚。量子力學(xué)與我們的經(jīng)驗相交的地方，情況是模糊的。”建立量子互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)

但是，在這一切發(fā)生之前，研究人員必須弄清楚如何構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)，并且鑒于量子力學(xué)的怪異之處，這并非易事。彼得斯說：“在古典世界中，您可以對信息進行編碼并保存，并且信息不會衰減。” “在量子世界中，您對信息進行編碼，并且信息幾乎立即開始衰減。”

另一個問題是，由于與量子信息相對應(yīng)的能量確實很少，因此很難阻止其與外界相互作用。如今，“在許多情況下，量子系統(tǒng)只能在非常低的溫度下工作”，紐厄爾說。“另一種選擇是在真空中工作，并將所有空氣抽出。”

為了發(fā)揮量子互聯(lián)網(wǎng)的功能，紐厄爾說，我們將需要尚未開發(fā)的各種硬件。因此，盡管有一位中國科學(xué)家已經(jīng)預(yù)見到量子互聯(lián)網(wǎng)最早可能在2030年建成，但在這一點上很難確切說出量子互聯(lián)網(wǎng)何時開始運行。