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早在2020年2月，科學家們從美國能源部的阿貢國家實驗室和芝加哥大學的透露，他們已經達到了一種量子糾纏——一對兩個微小粒子的行為成為聯系，所以，他們的狀態是相同的——在一個52-mile圈(83.7公里)網絡在芝加哥郊區。如果你不是一個熟悉量子力學的科學家，你可能想知道這些小題大做是為了什么——也就是說，物質和能量在最小尺度上的行為，與我們所看到的周圍的世界有很大的不同。

但研究人員的壯舉可能是未來幾十年開發一個新的、強大得多的互聯網版本的重要一步。未來的量子互聯網將利用量子信息的量子位，而不是現在網絡使用的只能表示0或1位，這些量子位可以表示無限數量的值。這將為量子互聯網提供更多的帶寬，這將使連接超級強大的量子計算機和其他設備成為可能，并運行大量的應用程序，而這在我們現在的互聯網上是不可能的。

“量子互聯網將是一個量子生態系統的平臺，在這里，計算機、網絡和傳感器以一種全新的方式交換信息，在這里，傳感、通信和計算作為一個實體一起工作，”David Awschalom通過電子郵件解釋說。他是芝加哥大學普利茲克分子工程學院的自旋電子學和量子信息教授，也是阿貢的高級科學家，他領導了量子環項目。

那么我們為什么需要這個，它是做什么的呢？首先，量子互聯網并不能取代我們現有的常規互聯網。相反，它將是它的一個補充或一個分支。它將能夠解決困擾當前互聯網的一些問題。例如，量子互聯網將為黑客和網絡罪犯提供更大的保護。現在，如果在紐約的Alice通過互聯網向在加利福尼亞的Bob發送一條信息，這條信息或多或少是以一條直線的形式從一個海岸傳到另一個海岸。在這個過程中，傳遞信息的信號會減弱；中繼器讀取信號，放大并糾正錯誤。但是這個過程允許黑客“闖入”并攔截消息。

但是，量子消息不會有這個問題。量子網絡利用光子粒子來發送不易受到網絡攻擊的信息。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究員Ray Newell說，與其使用復雜的數學方法來加密信息，我們更依賴于量子物理的特殊規則。有了量子信息，“你不能復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。”事實上，正如《連線》雜志所指出的，僅僅試圖攔截一條信息就會破壞這條信息。這將使加密成為可能，這將比目前任何可用的加密技術都要安全得多。

向非科學家解釋這一切是如何運作的有點棘手。“理解量子互聯網概念最簡單的方法就是通過量子隱形傳態的概念，”路易斯安那州立大學巴吞魯日分校的研究員Sumeet Khatri在一封電子郵件中說。他和他的同事們已經寫了一篇關于太空量子互聯網可行性的論文，在該論文中，衛星將持續向地球表面發射糾纏光子，正如這篇技術評論文章所描述的那樣。

“量子隱形傳態不同于一個非科學家的大腦在科幻電影中看到的東西，”哈特里說。在量子隱形傳態中，兩個想要交流的人共用一對糾纏在一起的量子粒子。然后，通過一系列的操作，發送方可以將任何量子信息發送給接收方(盡管發送速度不能超過光速，這是一種常見的誤解)。這種世界各地成對的人之間的共享糾纏本質上構成了量子互聯網。研究的中心問題是如何最好地將這些糾纏對分配給分布在世界各地的人們。”

一旦有可能大規模地做到這一點，量子互聯網的速度將快得驚人，遙遠的時鐘可以同步到比目前最好的原子鐘精確1000倍左右，《宇宙》雜志詳細報道。這將使GPS導航比現在精確得多，而且可以精確地繪制出地球重力場的細節圖，科學家們甚至可以發現引力波的波動。它還可以使從遍布地球的遙遠的可見光望遠鏡傳送光子成為可能，并將它們連接成一個巨大的虛擬天文臺。

“你可能會看到其他恒星周圍的行星，”橡樹嶺國家實驗室量子信息科學組組長尼古拉斯·彼得斯說。超級強大的量子計算機網絡也可以在全球范圍內協同工作，創造出難以置信的復雜模擬。例如，這可能使研究人員更好地了解分子和蛋白質的行為，并開發和測試新的藥物。

它也可能幫助物理學家解決一些長期存在的關于現實的謎團。“我們對宇宙如何運行沒有一個完整的認識，”Newell說。“我們對量子力學的原理有很好的理解，但對其中的含義卻不是很清楚。量子力學與我們的生活經驗有什么交集，這幅圖很模糊。”

但在這一切發生之前，研究人員必須弄清楚如何建立一個量子互聯網，考慮到量子力學的古怪，這并不容易。彼得斯說：“在傳統世界中，你可以對信息進行編碼和保存，而它不會腐爛。”“在量子世界中，你對信息進行編碼，它幾乎立即開始衰變。”

另一個問題是，由于量子信息所對應的能量非常低，很難阻止它與外部世界的相互作用。今天，“在很多情況下，量子系統只能在非常低的溫度下工作，”Newell說。另一種選擇是在真空中工作，把所有的空氣都抽出來。”Newell說，為了實現量子互聯網的功能，我們需要各種各樣還沒有開發出來的硬件。因此，目前還很難說量子互聯網何時建成并投入使用，但一位中國科學家曾設想，它最早可能在2030年建成。
（責任編輯：fqj）