量子网络渐行渐近

 
 
量子网络渐行渐近  
 

本报讯 今天的互联网并不安全。从不安全的通信链接到云端数据缺乏保护，漏洞无处不在。但如果量子物理学家获得成功，这些弱点很快就会像渡渡鸟一样消失。量子物理学家想要建立一个量子网络，在这里，信息的创建、存储和移动都以一种反映量子世界奇异行为的方式进行。这种系统可以提供今天互联网不可能实现的更高程度的隐私、安全和计算能力。尽管完全实现量子网络仍是一个遥远的愿景，但最近在传输、存储和操纵量子信息方面取得的突破，已使物理学家相信，一种简单的原理验证迫在眉睫。

从让光子改变颜色的钻石和晶体缺陷，到充当“幽灵”网络节点的无人机，研究人员正在利用各种奇异材料和技术进行量子探索。许多人说，第一阶段是使用标准光纤连接至少3个相距50至100公里的小型量子设备。

奥地利因斯布鲁克量子光学和量子信息研究所的Ben Lanyon说，这样的网络可能在未来5年内建成。Lanyon的团队是欧洲量子互联网联盟成员，其任务是创建一个量子网络。欧洲正在与中国和美国进行类似的努力。中国于2016年发射了量子通信卫星“墨子号”。去年12月，美国政府颁布了《国家量子倡议法》，该法案将资助多个致力于量子技术的研究中心，包括量子计算机和网络。

荷兰代尔夫特理工大学的Ronald Hanson表示：“量子网络的主要特点是，你发送的是量子信息，而不是经典信息。”经典信息处理的比特值不是0就是1。然而，量子信息使用的是量子位，可以同时处于0和1的叠加位置。量子位可以进行编码，例如，在光子的偏振态中，或者在电子和原子核的自旋态中。

然而，对于量子网络来说，卫星是一个昂贵的选择。下一个最好的选择可能是相对便宜的无人机。今年5月，南京大学一个研究团队报告称，他们使用了一架35公斤重的无人机，将纠缠光子发送到距离地面200米的两个量子节点。

但由于量子态不能像经典信息那样简单地复制和反刍，量子节点将需要复杂的量子逻辑门，以确保在与环境相互作用造成损失的前提下仍然保持纠缠。Lanyon表示：“这肯定是下一个重大挑战之一。”

尽管如此，建立一个量子网络的基本要素已经就位，这个网络至少可以连接3个城市，或许最终可以连接整个世界。“我们现在有了平台，可以第一次探索真正的量子网络。”Hanson说，更复杂的网络正在召唤人们。“这没有保证。不过如果我们成功了，就能做一些很酷的事情。”（晋楠）

《中国科学报》 (2019-06-21 第2版 国际)