（文章來源：量子認(rèn)知）

量子互聯(lián)網(wǎng)可以用來發(fā)送無法破解的消息，提高GPS的準(zhǔn)確性，并支持基于云的量子計算。二十多年來，創(chuàng)建這樣一個量子網(wǎng)絡(luò)的夢想在很大程度上一直遙不可及，這是因為很難在遠(yuǎn)距離無損地發(fā)送量子信號。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員找到了一種方法，可以利用原型量子節(jié)點來糾正信號丟失，該量子節(jié)點可以捕獲、存儲和糾纏量子信息。該研究是通向?qū)嵱昧孔踊ヂ?lián)網(wǎng)的缺失環(huán)節(jié)，也是長距離量子網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要一步。研究人員表示：“該研究是一項概念性突破，可以擴(kuò)展盡可能長的量子網(wǎng)絡(luò)范圍，并有可能以任何現(xiàn)有技術(shù)都無法實現(xiàn)的方式啟用許多新應(yīng)用?！痹擁椦芯砍晒l(fā)表在最近的《自然》雜志上。

物理學(xué)家表示，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了實用量子互聯(lián)網(wǎng)的“缺失環(huán)節(jié)”，因此，在長距離量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方面邁出了一大步。答案是老式中繼器的現(xiàn)代版本，該中繼器可以通過校正或補(bǔ)償信號損失來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。自從電報時代以來，我們一直在這樣做。

從第一臺電報機(jī)到當(dāng)今的光纖互聯(lián)網(wǎng)，每一種通信技術(shù)都必須解決這樣一個事實，即信號在遠(yuǎn)距離傳輸時會衰減并丟失。1800年代中期從而開發(fā)出了中繼器，用于接收和放大有線電報信號以糾正這種損耗。200年以來，中繼器已成為遠(yuǎn)程通信基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分。

在經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中，如果張三想向李四發(fā)送一條消息，則該消息信號或多或少地通過中繼器，在其中讀取、放大和糾正錯誤。整個過程在任何時候都容易受到攻擊。但是，如果王五想發(fā)送量子消息，則過程有所不同。量子網(wǎng)絡(luò)使用單個光子的量子粒子在長距離上傳遞光的量子態(tài)。這些網(wǎng)絡(luò)具有經(jīng)典系統(tǒng)所沒有的一個特點：糾纏。

糾纏——愛因斯坦稱之為“遠(yuǎn)距離的怪異動作”，允許信息的比特在任何距離上都可以完美關(guān)聯(lián)。由于無法不改變就無法觀察到量子系統(tǒng)，因此王五可以使用糾纏向李四發(fā)送消息，而不必?fù)?dān)心竊聽者。此概念是應(yīng)用量子密碼術(shù)的基礎(chǔ)——量子物理學(xué)定律可保證安全性。

然而，長距離的量子通信也受到常規(guī)光子損耗的影響，這是實現(xiàn)大規(guī)模量子互聯(lián)網(wǎng)的主要障礙之一。但是，使量子通信超安全的物理原理也使得不可能使用現(xiàn)有的經(jīng)典中繼器來修復(fù)信息丟失。如果看不到信號，如何放大和校正信號？解決這一看似不可能完成的任務(wù)的過程涉及所謂的量子中繼器。與經(jīng)典中繼器不同，傳統(tǒng)中繼器通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)放大信號，而量子中繼器則創(chuàng)建糾纏粒子網(wǎng)絡(luò)，可以通過該網(wǎng)絡(luò)傳輸消息。

本質(zhì)上，量子中繼器是一種小型的專用量子計算機(jī)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)的每個階段，量子中繼器必須能夠捕獲和處理量子信息的量子位以糾正錯誤，并將其存儲足夠長的時間，以便網(wǎng)絡(luò)的其余部分準(zhǔn)備就緒。過去，由于兩個原因，使其不可能：首先，單光子很難捕獲。其次，眾所周知，量子信息非常脆弱，長時間處理和存儲非常具有挑戰(zhàn)性。

科學(xué)家們一直在努力利用鉆石中的硅空位色心系統(tǒng)可以很好地完成這兩項任務(wù)。研究人員將一個單獨的色心整合到了納米加工的鉆石腔中，從而限制了承載信息的光子，并迫使其與單個色心相互作用。然后，將設(shè)備放置在稀釋冰箱中，該冰箱的溫度接近絕對零值，然后通過光纖將單個光子發(fā)送到冰箱中，在那里它們被色心有效地捕獲和捕獲。

該設(shè)備可以存儲幾毫秒的量子信息——足夠長的時間來將信息傳輸數(shù)千公里。嵌入空腔周圍的電極用于傳遞控制信號，以處理和保存存儲在存儲器中的信息。研究人員說：“該設(shè)備結(jié)合了量子中繼器的三個最重要的元素：較長的存儲空間，有效地捕獲光子中信息的能力以及在本地進(jìn)行處理的方式。 “這些挑戰(zhàn)中的每一個都得到了單獨解決，但過去沒有一個設(shè)備能將這三個問題結(jié)合在一起解決?！毖芯咳藛T說：“目前，我們正在通過在真實的城市光纖鏈路中部署我們的量子存儲器來擴(kuò)展這項研究?！?/p>

（責(zé)任編輯：fqj）