美国能源部：我们正在构建不可破解的量子互联网

2020-07-30 09:23

The Government Is Building an Unhackable Quantum Internet
　　BY CAROLINE DELBERT
编译：千家网

美国能源部（DoE）近日宣布一项计划，将打造一个量子互联网，并称其实际上是不可破解的。这绝对是一个长期的计划，需要新的工程和技术，而不是明年才会实施的东西。

在量子力学的框架下，这里提出的网络是相当直观的。这份报告以一个令人惊讶的概念开始：尽管头条新闻和研究都集中在量子计算的力量上，但人们离任何由量子现象驱动的实用和可识别的计算机还很远。美国能源部说，量子网络的想法已经非常接近我们的能力。

想想光纤互联网是如何快速地提高了我们的连接速度和容量，而计算机却基本保持不变。拥有一个消防水管大小的带宽可以与先进的硬件相协调，从而改善整个体验，让人们可以在通常已经可以做到的硬件上观看高清视频。而且量子互联网甚至可以在高光纤速度下快速增长。

量子链路将如何实现这一点？能源部在一份声明中解释说：

“它通过两种量子现象发挥作用：第一种是量子纠缠，即两个粒子可以不可分割地联系在一起，无论它们之间的距离有多远，改变其中一个的性质就会改变另一个，由于这种通信可以即时进行，量子互联网可能比现在的网络快得多。”

“第二种现象是量子叠加，即一个粒子可以同时以两种不同的状态存在，这使得在量子网络上共享的信息更加安全。信息被编码成纠缠的光子对，以叠加的状态——用数据术语来说，这意味着它们同时代表了1和0。（眼尖的硬件观察家们知道，量子加密是这项技术最重要的应用之一。）

在报告中，研究人员解释说，实验环境只允许特定网络设置的非常小的版本，比如通过远距离测试缠绕来证明假设的情况。对于这项技术的任何可扩展版本，还需要完整的网络设备，包括与卫星连接的所有接口，保持信号传输的中继器，以及帮助传输的内存缓冲器。所有这些都必须与量子技术兼容，这几乎需要一种全新的范式。

能源部的研究人员列出了五个里程碑。首先是确保量子技术能够完成我们目前使用网络的许多任务，比如安全、完全、最小损失地交换数据。到最后一个里程碑时，政府和大学节点的完整网络应该能够过渡到家庭和商业用户的基础设施。

如果这听起来很有野心，无疑是巨大的挑战。

该报告列举了一些激动人心的测试案例，比如2019年在中国进行的一项实验，科学家们展示了跨越745英里的量子纠缠。这也反映了过去的情况——不仅是当本地网络被连接起来形成一个真正的万维网时，甚至是当工程师们开发无线电从遥远的城市无线传输时，或者当电报公司铺设了第一批横跨海洋的电缆时。

编辑：D来源：千家网

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