來自荷蘭量子計算公司 QuTech 的一支研究團隊，剛剛率先實現了包含三個量子處理器的多節點量子網絡，並且獲得了關鍵量子網絡協議的原理證明。在近日發表於《科學》雜誌的一篇題為《基於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。
Matteo Pompoili 與 Sophie Hermans（來自：QuTech / Marieke de Lorijn 攝）
互聯網的強大之處，在於能夠聯通地球上任意兩台計算機，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，連接任意兩台量子設備，比如量子計算機或傳感器。
儘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雲計算、再到高精度計時等功能，量子互聯網將開闢一系列新穎的應用”。
量子網絡節點之一，反射鏡與濾光片將激光束引導至鑽石芯片。
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，這點類似於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，都依賴於糾纏的量子比特，但它們往往分佈在多個節點之間。
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。
視頻截圖（動畫示意）
在 QuTech 的實驗中，初始的量子網絡由三個節點組成，它們在同一建築物內相距一定的範圍。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後，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。
The Worlds First Rudimentary Quantum Network（via）
量子互聯網的一個重要特徵，就是需要通過“標誌”信號來宣布完成了這些（本質上也是概率性的）協議。這點對於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，並保護其免受噪音的干擾。理論上，我們可以將這些狀態用於量子密鑰的分發、量子計算、或任何其它後續的量子協議”。
研究領隊 Ronald Hanson 總結道：“這是首個基於糾纏的量子網絡，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台”。
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。
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