（文章來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)整理）

早在2020年2月，科學(xué)家們從美國(guó)能源部的阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥大學(xué)的透露，他們已經(jīng)達(dá)到了一種量子糾纏——一對(duì)兩個(gè)微小粒子的行為成為聯(lián)系，所以，他們的狀態(tài)是相同的——在一個(gè)52-mile圈(83.7公里)網(wǎng)絡(luò)在芝加哥郊區(qū)。如果你不是一個(gè)熟悉量子力學(xué)的科學(xué)家，你可能想知道這些小題大做是為了什么——也就是說(shuō)，物質(zhì)和能量在最小尺度上的行為，與我們所看到的周?chē)氖澜缬泻艽蟮牟煌?/p>

但研究人員的壯舉可能是未來(lái)幾十年開(kāi)發(fā)一個(gè)新的、強(qiáng)大得多的互聯(lián)網(wǎng)版本的重要一步。未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)將利用量子信息的量子位，而不是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)使用的只能表示0或1位，這些量子位可以表示無(wú)限數(shù)量的值。這將為量子互聯(lián)網(wǎng)提供更多的帶寬，這將使連接超級(jí)強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備成為可能，并運(yùn)行大量的應(yīng)用程序，而這在我們現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)上是不可能的。

“量子互聯(lián)網(wǎng)將是一個(gè)量子生態(tài)系統(tǒng)的平臺(tái)，在這里，計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和傳感器以一種全新的方式交換信息，在這里，傳感、通信和計(jì)算作為一個(gè)實(shí)體一起工作，”David Awschalom通過(guò)電子郵件解釋說(shuō)。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)和量子信息教授，也是阿貢的高級(jí)科學(xué)家，他領(lǐng)導(dǎo)了量子環(huán)項(xiàng)目。

那么我們?yōu)槭裁葱枰@個(gè)，它是做什么的呢？首先，量子互聯(lián)網(wǎng)并不能取代我們現(xiàn)有的常規(guī)互聯(lián)網(wǎng)。相反，它將是它的一個(gè)補(bǔ)充或一個(gè)分支。它將能夠解決困擾當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的一些問(wèn)題。例如，量子互聯(lián)網(wǎng)將為黑客和網(wǎng)絡(luò)罪犯提供更大的保護(hù)?，F(xiàn)在，如果在紐約的Alice通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向在加利福尼亞的Bob發(fā)送一條信息，這條信息或多或少是以一條直線(xiàn)的形式從一個(gè)海岸傳到另一個(gè)海岸。在這個(gè)過(guò)程中，傳遞信息的信號(hào)會(huì)減弱；中繼器讀取信號(hào)，放大并糾正錯(cuò)誤。但是這個(gè)過(guò)程允許黑客“闖入”并攔截消息。

但是，量子消息不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。量子網(wǎng)絡(luò)利用光子粒子來(lái)發(fā)送不易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊的信息。洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究員Ray Newell說(shuō)，與其使用復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法來(lái)加密信息，我們更依賴(lài)于量子物理的特殊規(guī)則。有了量子信息，“你不能復(fù)制它或把它切成兩半，你甚至不能在不改變它的情況下看它?！笔聦?shí)上，正如《連線(xiàn)》雜志所指出的，僅僅試圖攔截一條信息就會(huì)破壞這條信息。這將使加密成為可能，這將比目前任何可用的加密技術(shù)都要安全得多。

向非科學(xué)家解釋這一切是如何運(yùn)作的有點(diǎn)棘手。“理解量子互聯(lián)網(wǎng)概念最簡(jiǎn)單的方法就是通過(guò)量子隱形傳態(tài)的概念，”路易斯安那州立大學(xué)巴吞魯日分校的研究員Sumeet Khatri在一封電子郵件中說(shuō)。他和他的同事們已經(jīng)寫(xiě)了一篇關(guān)于太空量子互聯(lián)網(wǎng)可行性的論文，在該論文中，衛(wèi)星將持續(xù)向地球表面發(fā)射糾纏光子，正如這篇技術(shù)評(píng)論文章所描述的那樣。

“量子隱形傳態(tài)不同于一個(gè)非科學(xué)家的大腦在科幻電影中看到的東西，”哈特里說(shuō)。在量子隱形傳態(tài)中，兩個(gè)想要交流的人共用一對(duì)糾纏在一起的量子粒子。然后，通過(guò)一系列的操作，發(fā)送方可以將任何量子信息發(fā)送給接收方(盡管發(fā)送速度不能超過(guò)光速，這是一種常見(jiàn)的誤解)。這種世界各地成對(duì)的人之間的共享糾纏本質(zhì)上構(gòu)成了量子互聯(lián)網(wǎng)。研究的中心問(wèn)題是如何最好地將這些糾纏對(duì)分配給分布在世界各地的人們?！?/p>

一旦有可能大規(guī)模地做到這一點(diǎn)，量子互聯(lián)網(wǎng)的速度將快得驚人，遙遠(yuǎn)的時(shí)鐘可以同步到比目前最好的原子鐘精確1000倍左右，《宇宙》雜志詳細(xì)報(bào)道。這將使GPS導(dǎo)航比現(xiàn)在精確得多，而且可以精確地繪制出地球重力場(chǎng)的細(xì)節(jié)圖，科學(xué)家們甚至可以發(fā)現(xiàn)引力波的波動(dòng)。它還可以使從遍布地球的遙遠(yuǎn)的可見(jiàn)光望遠(yuǎn)鏡傳送光子成為可能，并將它們連接成一個(gè)巨大的虛擬天文臺(tái)。

“你可能會(huì)看到其他恒星周?chē)男行?，”橡?shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室量子信息科學(xué)組組長(zhǎng)尼古拉斯·彼得斯說(shuō)。超級(jí)強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也可以在全球范圍內(nèi)協(xié)同工作，創(chuàng)造出難以置信的復(fù)雜模擬。例如，這可能使研究人員更好地了解分子和蛋白質(zhì)的行為，并開(kāi)發(fā)和測(cè)試新的藥物。

它也可能幫助物理學(xué)家解決一些長(zhǎng)期存在的關(guān)于現(xiàn)實(shí)的謎團(tuán)?！拔覀儗?duì)宇宙如何運(yùn)行沒(méi)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，”Newell說(shuō)?！拔覀儗?duì)量子力學(xué)的原理有很好的理解，但對(duì)其中的含義卻不是很清楚。量子力學(xué)與我們的生活經(jīng)驗(yàn)有什么交集，這幅圖很模糊?！?/p>

但在這一切發(fā)生之前，研究人員必須弄清楚如何建立一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)，考慮到量子力學(xué)的古怪，這并不容易。彼得斯說(shuō)：“在傳統(tǒng)世界中，你可以對(duì)信息進(jìn)行編碼和保存，而它不會(huì)腐爛?！薄霸诹孔邮澜缰?，你對(duì)信息進(jìn)行編碼，它幾乎立即開(kāi)始衰變?！?/p>

另一個(gè)問(wèn)題是，由于量子信息所對(duì)應(yīng)的能量非常低，很難阻止它與外部世界的相互作用。今天，“在很多情況下，量子系統(tǒng)只能在非常低的溫度下工作，”Newell說(shuō)。另一種選擇是在真空中工作，把所有的空氣都抽出來(lái)?！盢ewell說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的功能，我們需要各種各樣還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出來(lái)的硬件。因此，目前還很難說(shuō)量子互聯(lián)網(wǎng)何時(shí)建成并投入使用，但一位中國(guó)科學(xué)家曾設(shè)想，它最早可能在2030年建成。
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