先進的量子網絡可能成為量子互聯網的原型

借助量子物理的力量，有史以來最複雜的量子網絡之一允許 18 人安全地進行通信。這項工作背後的研究人員表示，它提供了一種構建全球量子互聯網的實用方法，但其他人對此表示懷疑。

長期承諾的量子互聯網將允許量子計算機通過交換通過量子糾纏連接的稱為光子的光粒子來進行遠距離通信。這使得量子傳感器網絡能夠相互連接或發送和接收傳統計算機無法破解的通信。但連接量子世界並不像鋪設電纜那麼簡單，因為確保網絡中的一個節點與另一個節點糾纏在一起是一項挑戰。

現在， 陳先鋒 中國上海交通大學和他的同事展示瞭如何將兩個量子網絡連接在一起。首先，他們建立了兩個網絡，每個網絡都有 10 個節點，所有網絡都共享量子糾纏——兩個較小版本的量子互聯網。他們犧牲了每個網絡中的一個節點，並將這兩個節點組合成一個大型的、完全糾纏的網絡，其中剩餘 18 個節點中的每一對都可以進行通信。

將 18 台經典計算機聯網是一項簡單的任務，只需要非常便宜的組件，但在量子世界中，它涉及在多個用戶之間以如此精確的時間共享單個光子，因此需要復雜的技術和專業知識。一對設備之間的通信也很複雜，但允許任意一對 18 個用戶進行通信是前所未有的。

研究人員在一篇關於他們的工作的論文中表示：“我們的方法為跨不同網絡的量子通信提供了關鍵能力，並且有利於構建一個能夠實現所有用戶之間通信的大規模量子互聯網。”該論文沒有回應置評請求。

研究人員解釋說，這種網絡融合需要一個稱為糾纏交換的過程。通過執行稱為貝爾測量的特定觀察，可以使光子量子糾纏。同時測量兩對糾纏光子中的光子狀態可以有效地連接鏈中兩個最遠的光子，但使用測量到的光子是因為任何直接檢查其狀態的嘗試都會破壞脆弱的量子平衡。

他說：“這並不是第一次證明糾纏是有回報的。” 悉達多·喬希 在英國布里斯託大學。 “他們所做的是創建了一個方案，允許網絡之間的交換以稍微更方便的方式完成。”

喬希說，量子通信研究目前分為兩部分：在兩個設備之間遠距離發送信息，有時甚至在衛星上發送信息；以及開髮用於短距離可靠聯網許多設備的協議和方法。這項研究屬於後一個陣營。 “這兩點都非常重要，”他說。

但 羅伯特·楊 英國蘭卡斯特大學的成果是一項非凡的技術成就，需要專業知識和大量資源，但他認為成本和復雜性使其不太可能成為未來大規模量子網絡的模型。

“這離實用還很遠，也離現實世界中可以實施的任何事情都還很遠，”楊說。 “該論文聲稱，這是融合量子網絡的未來，但實現這一目標面臨如此多的挑戰，令人沮喪。”

一個問題是所謂的量子中繼器需要長距離發送信息。隨著距離的增加，光子在光纖電纜中損失更多，並且量子信息無法讀取和重新傳輸——因為測量破壞了光子的狀態——並且信號無法沿其路徑放大。一個工作的量子中繼器可以將信號傳送到長距離，但事實證明這些設備很難建造。

“實際上，通過構建量子網絡，我們知道我們確實需要某種量子中繼器，”楊說，但網絡演示不會解決這一問題。