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來自荷蘭量子計算公司QuTech的一支研究團隊，剛剛實現(xiàn)了包含三個量子處理器的多節(jié)點量子網(wǎng)絡，并且獲得了關鍵量子網(wǎng)絡協(xié)議的原理證明。在近日發(fā)表于《科學》雜志的一篇題為《基于遠程固態(tài)量子位的多節(jié)點量子網(wǎng)絡實現(xiàn)》的文章中，他們已經(jīng)介紹了這項通往未來量子互聯(lián)網(wǎng)的重要里程碑式發(fā)現(xiàn)。
互聯(lián)網(wǎng)的強大之處，在于能夠聯(lián)通地球上任意兩臺計算機，從而實現(xiàn)數(shù)十年前設計的應用程序都夢想不到的新功能。
現(xiàn)如今，世界各地的諸多實驗室，都有許多研究人員在努力開發(fā)第一個量子互聯(lián)網(wǎng)。該網(wǎng)絡可在相隔極遠的距離上，連接任意兩臺量子設備，比如量子計算機或傳感器。
盡管當今的互聯(lián)網(wǎng)仍在以0和1這“1-bit”來分配信息，但未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將可同時使用兩種位態(tài)。
研究團隊成員之一的博士研究生Matteo Pompili表示：“從無法破解的通信、到具有完全用戶隱私的云計算、再到高精度計時等功能，量子互聯(lián)網(wǎng)將開辟一系列新穎的應用”。
過去十年，研究人員已經(jīng)設法量兩個共享直接物理鏈接的量子設備連到一起，從而邁出了通往量子互聯(lián)網(wǎng)的第一步。
不過在實現(xiàn)可伸縮的量子網(wǎng)絡之前，仍需搞定通過中間節(jié)點的量子信息傳輸，這點類似于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中的路由器。
與此同時，許多有前途的量子互聯(lián)網(wǎng)應用，都依賴于糾纏的量子比特，但它們往往分布在多個節(jié)點之間。
所謂糾纏，特指量子尺度上觀察到的一種現(xiàn)象，此前研究人員已經(jīng)揭示過無論遠近都能實現(xiàn)糾纏的特性。
除了算力強大的量子計算機，這項特性還為將來量子互聯(lián)網(wǎng)的量子信息共享奠定了基礎。
在QuTech的實驗中，初始的量子網(wǎng)絡由三個節(jié)點組成，它們在同一建筑物內相距一定的范圍。為讓這些節(jié)點能夠組成一個真正的網(wǎng)絡來運行，研究人員不得不發(fā)明一種新穎的架構，以使之擴展到單個鏈接之外。
據(jù)悉，被稱作Bob的中間結點，與稱作Alice和Charlie的兩個外部節(jié)點都具有物理連接，從而允許與這些節(jié)點中的每一個都建立量子糾纏鏈接。
此外，Bob配備了一個可用作存儲器的額外量子比特，以在建立新鏈接時存儲先前生成的量子鏈接。
在Alice-Bob和Bob-Charlie之間建立量子鏈接之后，Bob可通過一組量子運算，將這些鏈接轉換為Alice-Charlie的量子鏈接。
量子互聯(lián)網(wǎng)的一個重要特征，就是需要通過“標志”信號來宣布完成了這些(本質上也是概率性的)協(xié)議。這點對于量子網(wǎng)絡的可伸縮性至關重要，因為將來需要通過許多這樣的協(xié)議來串稱一個大網(wǎng)。
團隊另一位成員Sophie Hermans表示：“一旦建立了連接，我們就能保持最終的糾纏狀態(tài)，并保護其免受噪音的干擾。理論上，我們可以將這些狀態(tài)用于量子密鑰的分發(fā)、量子計算、或任何其它后續(xù)的量子協(xié)議”。
研究領隊Ronald Hanson總結道：“這是首個基于糾纏的量子網(wǎng)絡，可作為研究人員開發(fā)和測試量子互聯(lián)網(wǎng)的軟硬件及協(xié)議的獨特平臺”。
未來量子互聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)的量子設備和中間結點組成，QuTech團隊已在研究將之與現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎架構提供兼容的可行性。
在適當?shù)臅r候，他們將在實驗室外的電信光纖上對當前原理進行驗證，預計QuTech的城際量子互聯(lián)網(wǎng)演示線路可在2022年完成。
(原標題：QuTech研究人員建立首個基于糾纏的量子網(wǎng)絡)
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