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來自荷蘭量子計算公司QuTech的一支研究團隊，剛剛實現了包含三個量子處理器的多節點量子網絡，并且獲得了關鍵量子網絡協議的原理證明。在近日發表于《科學》雜志的一篇題為《基于遠程固態量子位的多節點量子網絡實現》的文章中，他們已經介紹了這項通往未來量子互聯網的重要里程碑式發現。
互聯網的強大之處，在于能夠聯通地球上任意兩臺計算機，從而實現數十年前設計的應用程序都夢想不到的新功能。
現如今，世界各地的諸多實驗室，都有許多研究人員在努力開發第一個量子互聯網。該網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。
盡管當今的互聯網仍在以0和1這“1-bit”來分配信息，但未來的量子互聯網將可同時使用兩種位態。
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，量子互聯網將開辟一系列新穎的應用”。
過去十年，研究人員已經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網的第一步。
不過在實現可伸縮的量子網絡之前，仍需搞定通過中間節點的量子信息傳輸，這點類似于傳統互聯網中的路由器。
與此同時，許多有前途的量子互聯網應用，都依賴于糾纏的量子比特，但它們往往分布在多個節點之間。
所謂糾纏，特指量子尺度上觀察到的一種現象，此前研究人員已經揭示過無論遠近都能實現糾纏的特性。
除了算力強大的量子計算機，這項特性還為將來量子互聯網的量子信息共享奠定了基礎。
在QuTech的實驗中，初始的量子網絡由三個節點組成，它們在同一建筑物內相距一定的范圍。為讓這些節點能夠組成一個真正的網絡來運行，研究人員不得不發明一種新穎的架構，以使之擴展到單個鏈接之外。
據悉，被稱作Bob的中間結點，與稱作Alice和Charlie的兩個外部節點都具有物理連接，從而允許與這些節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。
量子互聯網的一個重要特征，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)協議。這點對于量子網絡的可伸縮性至關重要，因為將來需要通過許多這樣的協議來串稱一個大網。
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，并保護其免受噪音的干擾。理論上，我們可以將這些狀態用于量子密鑰的分發、量子計算、或任何其它后續的量子協議”。
研究領隊Ronald Hanson總結道：“這是首個基于糾纏的量子網絡，可作為研究人員開發和測試量子互聯網的軟硬件及協議的獨特平臺”。
未來量子互聯網將由無數的量子設備和中間結點組成，QuTech團隊已在研究將之與現有數據基礎架構提供兼容的可行性。
在適當的時候，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的城際量子互聯網演示線路可在2022年完成。
(原標題：QuTech研究人員建立首個基于糾纏的量子網絡)
浙公網安備 33010602000006號
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