QuTech研究人員建立首個基於糾纏的量子網路

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takxr多節點量子網路，並且獲得了關鍵量子網路協議的原理證明。在近日發表於《科學》雜誌的一篇題為《基於遠端固態量子位的多節點量子網路實現》的文章中，他們已經介紹了這項通往未來量子網際網路的重要里程碑式發現。

網際網路的強大之處，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式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乙個量子網際網路。該網路可在相隔極遠的距離上，連線任意兩台量子裝置，比如量子takxr計算機或感測器。

儘管當今的網際網路仍在以 0 和 1 這「1-bit」來分配資訊，但未來的量子網際網路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：「從無法破解的通訊、到具有完全使用者隱私的雲計算、再到高精度計時等功能，量子網際網路將開闢一系列新穎的應用」。

過去十年，研究人員已經設法量兩個共享直接物理鏈結的量子裝置連到一起，從而邁出了通往量子網際網路的第一步。

不過在實現可伸縮的量子網路之前，仍需搞定通過中間節點的量子資訊傳輸，這點類似於傳統網際網路中的路由器。

與此同時，許多有前途的量子網際網路應用，都依賴於糾纏的量子位元，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網際網路的量子資訊共享奠定了基礎。

在 qutech 的實驗中，初始的量子網路由三個節點組成，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乙個真正的網路來執行，研究人員不得不發明一種新穎的架構，以使之擴充套件到單個鏈結之外。

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線，從而允許與這些節點中的每乙個都建立量子糾纏鏈結。

此外 bob 配備了乙個可用作儲存器的額外量子位元，以在建立新鏈結時儲存先前生成的量子鏈結。

在 alice-bob 和 bob-charlie 之間建立量子鏈結之後，bob 可通過一組量子運算，將這些鏈結轉換為 alice-charlie 的量子鏈結。

量子網際網路的乙個重要特徵，就是takxr需要通過「標誌」訊號來宣布完成了這些（本質上也是概率性的）協議。這點對於量子網路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乙個大網。

團隊另一位成員 sophie hermans 表示：「一旦建立程式設計客棧了連線，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金鑰的分發、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路，可作為研究人員開發和測試量子網際網路的軟硬體及協議的獨特平台」。

未來量子網際網路將由無數的量子裝置和中間結點組成，qutech 團隊已在研究將之與現有資料基礎架構提供相容的可行性。

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 的城際量子網際網路演示線路可在 2022 年完成。

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