科學(xué)家們正在逐步接近實(shí)現(xiàn)超安全、超高速的量子互聯(lián)網(wǎng)：他們現(xiàn)在已經(jīng)能夠?qū)⒏弑Ｕ媪孔有畔ⅰ皞魉汀钡?4公里（27英里）之外。數(shù)據(jù)保真度和傳輸距離對于構(gòu)建一個(gè)真正的、有效的量子互聯(lián)網(wǎng)來說都是至關(guān)重要的，在這兩個(gè)領(lǐng)域中的任何一個(gè)領(lǐng)域取得進(jìn)展，對于構(gòu)建我們下一代通信網(wǎng)絡(luò)的人來說都是值得慶祝的。

在這種情況下，該團(tuán)隊(duì)的量子信息達(dá)到了大于90%的保真度（數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度）水平，以及通過類似于構(gòu)成我們現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)骨干的廣泛光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。

“我們對這些結(jié)果感到興奮，”來自位于加州理工學(xué)院（Caltech）的費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室粒子物理和加速器實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家Panagiotis Spentzouris說。

“這是在建立一種將重新定義我們?nèi)绾芜M(jìn)行全球通信的技術(shù)的道路上的一項(xiàng)關(guān)鍵成就?！?/p>

量子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用的是qubits；未被測量的粒子，它們像旋轉(zhuǎn)的骰子一樣保持懸浮在混合的可能狀態(tài)中，尚未沉淀。

彼此引入的qubits的身份會(huì)以一種‘糾纏’的方式變得明顯，一旦它們最終被測量。將這些糾纏在一起的qubits想象成一對骰子--雖然每一個(gè)都可以落在任何數(shù)字上，但無論相隔多遠(yuǎn)，它們都保證會(huì)加到7。一個(gè)位置的數(shù)據(jù)會(huì)立即反映出另一個(gè)位置的數(shù)據(jù)。

通過巧妙地安排糾纏三個(gè)夸比特，可以通過它們相互糾纏的伙伴，迫使一個(gè)粒子的狀態(tài)采用另一個(gè)粒子的 “擲骰子”。在量子領(lǐng)域，這就好比把一個(gè)粒子變成另一個(gè)粒子，一眨眼就把它的身份傳送到遠(yuǎn)方。

不過，糾纏仍然需要在一開始就建立起來，然后在通過光纖（或衛(wèi)星）將夸比特發(fā)送到最終目的地時(shí)保持。

然而，量子信息的不穩(wěn)定、微妙的性質(zhì)使得將糾纏光子長距離傳送而不產(chǎn)生干擾變得非常棘手。更長的光纖僅僅意味著更多的噪聲干擾糾纏態(tài)的機(jī)會(huì)。

總的來說，用于引導(dǎo)每個(gè)立方體的光纖長度加起來有44公里，為我們可以發(fā)送糾纏態(tài)量子并仍然成功使用它們傳送量子信息的距離設(shè)定了新的限制。

此前從未有人演示過在如此長的距離上以如此高的精度工作，它使一個(gè)城市規(guī)模的量子網(wǎng)絡(luò)更接近現(xiàn)實(shí)--盡管要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)還有多年的工作要做。

“通過這次演示，我們開始為芝加哥地區(qū)的城市量子網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)打下基礎(chǔ)?！盨penzouris說。

量子糾纏和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸是一門復(fù)雜的科學(xué)，甚至連專家們都沒有完全理解它最終如何在量子網(wǎng)絡(luò)中使用。不過我們得到的每一個(gè)這樣的概念證明，都讓我們離實(shí)現(xiàn)這樣的網(wǎng)絡(luò)更近了一些。

除了有望在速度和計(jì)算能力上有巨大的提升，量子網(wǎng)絡(luò)還將是非常安全的--任何黑客嘗試都會(huì)像破壞一整把鎖一樣。至少目前，科學(xué)家們認(rèn)為量子互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將作為經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)的專業(yè)擴(kuò)展，而不是完全替代。

研究人員正在從各種不同的角度解決量子互聯(lián)網(wǎng)問題，這也是為什么你會(huì)看到研究中提到的各種距離--他們并不是都在測量相同的技術(shù)，使用相同的設(shè)備，測試相同的標(biāo)準(zhǔn)。

這項(xiàng)研究的特殊之處在于量子糾纏傳送的精度和距離，以及所使用的‘現(xiàn)成’設(shè)備--理論上，利用我們已經(jīng)有的硬件來擴(kuò)展這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該是比較容易的。

“我們非常自豪地在可持續(xù)、高性能和可擴(kuò)展的量子傳送系統(tǒng)上取得了這個(gè)里程碑，”來自加州理工學(xué)院的物理學(xué)家Maria Spiropulu說。

“隨著我們預(yù)計(jì)在2021年第二季度完成的系統(tǒng)升級，結(jié)果將進(jìn)一步提高。”

該研究已發(fā)表在PRX量子雜志上。
責(zé)編AJX