來(lái)自荷蘭QuTech的一個(gè)研究小組報(bào)告說(shuō)，第一個(gè)多節(jié)點(diǎn)量子網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了，這個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)連接了三個(gè)量子處理器。此外，他們還實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵量子網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原則證明。他們的發(fā)現(xiàn)是未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要里程碑，現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

互聯(lián)網(wǎng)的力量在于它可以連接地球上的任何兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。如今，世界各地許多實(shí)驗(yàn)室的研究人員都在努力開發(fā)第一版量子互聯(lián)網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)可以在很長(zhǎng)的距離上連接任意兩個(gè)量子設(shè)備，例如量子計(jì)算機(jī)或傳感器。當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)以0或1的比特分配信息，而未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)將同時(shí)使用0和1的量子比特。

研究人員在量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之一上工作，在該節(jié)點(diǎn)上，反射鏡和濾光片將激光束引導(dǎo)至鉆石芯片。

研究小組成員博士生馬特奧·蓬皮利（Matteo Pompili）說(shuō)："量子互聯(lián)網(wǎng)將開辟一系列新穎的應(yīng)用，從無(wú)法破 解的通信和具有完全用戶隱私的云計(jì)算到高精度的計(jì)時(shí)功能，"。"就像40年前的互聯(lián)網(wǎng)一樣，現(xiàn)在可能有很多我們無(wú)法預(yù)見的應(yīng)用。”

走向無(wú)處不在的連接

在過(guò)去的十年中，通過(guò)將兩個(gè)共享直接物理鏈接的量子設(shè)備鏈接在一起，邁出了向量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的第一步。但是，能夠通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)（類似于經(jīng)典Internet中的路由器）傳遞量子信息對(duì)于創(chuàng)建可擴(kuò)展的量子網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。此外，許多有前途的量子互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都依賴于分布在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的糾纏量子比特。糾纏是在量子尺度上觀察到的現(xiàn)象，從根本上連接了小距離甚至遠(yuǎn)距離的粒子。它為量子計(jì)算機(jī)提供了巨大的計(jì)算能力，它是在未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)上共享量子信息的基本資源。通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)，QuTech的一個(gè)研究小組——由代爾夫特理工大學(xué)和TNO合作——率先通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)連接了兩個(gè)量子處理器，并在多個(gè)獨(dú)立的量子處理器之間建立了共享糾纏。

操作量子網(wǎng)絡(luò)

原始的量子網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)量子節(jié)點(diǎn)組成，它們?cè)谕�一建筑物�?nèi)相距一定距離。為了使這些節(jié)點(diǎn)能夠作為一個(gè)真正的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，研究人員不得不發(fā)明一種新穎的架構(gòu)，該架構(gòu)能夠擴(kuò)展到單個(gè)鏈接之外。

中間節(jié)點(diǎn)（稱為Bob）與兩個(gè)外部節(jié)點(diǎn)（稱為Alice和Charlie）都有物理連接，從而允許與這些節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)建立糾纏鏈接。Bob配備了一個(gè)額外的量子比特，可以用作存儲(chǔ)器，從而可以在建立新鏈接時(shí)存儲(chǔ)先前生成的量子鏈接。建立了量子鏈接Alice-Bob和Bob-Charlie之后，Bob的一組量子運(yùn)算將這些鏈接轉(zhuǎn)換為量子鏈接Alice-Charlie；或者，通過(guò)在Bob處執(zhí)行一組不同的量子運(yùn)算，可以建立所有三個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的糾纏。

以后備用

網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征是它通過(guò)“標(biāo)志”信號(hào)宣布成功完成了這些（本質(zhì)上是概率性的）協(xié)議。這種預(yù)示對(duì)于可擴(kuò)展性至關(guān)重要，因?yàn)樵谖磥?lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)中，許多這樣的協(xié)議都需要串聯(lián)起來(lái)。 “一旦建立，我們就能保留由此產(chǎn)生的糾纏狀態(tài)，保護(hù)它們免受噪音干擾。” 團(tuán)隊(duì)的另一位成員索菲·赫爾曼斯（Sophie Hermans）表示，“這意味著，原則上，我們可以將這些狀態(tài)用于量子密鑰分配，量子計(jì)算或任何其他后續(xù)的量子協(xié)議。

合著者馬特奧·蓬皮利（Matteo Pompili）（左）和索菲·赫曼斯（Sophie Hermans）（右），都是羅納德·漢森（Ronald Hanson）小組的博士研究生，站在一個(gè)量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)旁。

量子互聯(lián)網(wǎng)演示者

這是第一個(gè)基于糾纏的量子網(wǎng)絡(luò)，為研究人員提供了開發(fā)和測(cè)試量子互聯(lián)網(wǎng)硬件、軟件和協(xié)議的獨(dú)特測(cè)試平臺(tái)。 “未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)將由無(wú)數(shù)的量子設(shè)備和中間節(jié)點(diǎn)組成，”領(lǐng)導(dǎo)該研究團(tuán)隊(duì)的羅納德·漢森（Ronald Hanson）說(shuō)， “ QuTech的同事已經(jīng)在研究與現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)架構(gòu)的未來(lái)兼容性�！痹谶m當(dāng)?shù)臅r(shí)候，將在QuTech的量子互聯(lián)網(wǎng)演示器上使用現(xiàn)有的電信光纖在實(shí)驗(yàn)室外對(duì)當(dāng)前的原理驗(yàn)證方法進(jìn)行測(cè)試，其第一條城域鏈路計(jì)劃于2022年完成。

更高層次

在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員將致力于將更多的量子比特添加到其三節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，并致力于添加更高級(jí)別的軟件和硬件層。 蓬皮利說(shuō)：“一旦開發(fā)了用于運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的所有高級(jí)控制和接口層，任何人都將能夠編寫和運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，而無(wú)需了解激光器和低溫恒溫器的工作原理，這就是最終目標(biāo)�！�

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