QuTech研究人员建立首个基于纠缠的量子网络

2021年05月22日 16:20 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

来自荷兰量子计算公司 QuTech 的一支研究团队,刚刚率先实现了包含三个量子处理器的多节点量子网络,并且获得了关键量子网络协议的原理证明。在近日发表于《科学》杂志的一篇题为《基于远程固态量子位的多节点量子网络实现》的文章中,他们已经介绍了这项通往未来量子互联网的重要里程碑式发现。

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Matteo Pompoili 与 Sophie Hermans(来自:QuTech / Marieke de Lorijn 摄)

互联网的强大之处,在于能够联通地球上任意两台计算机,从而实现数十年前设计的应用程序都梦想不到的新功能。

现如今,世界各地的诸多实验室,都有许多研究人员在努力开发第一个量子互联网。该网络可在相隔极远的距离上,连接任意两台量子设备,比如量子计算机或传感器。

尽管当今的互联网仍在以 0 和 1 这“1-bit”来分配信息,但未来的量子互联网将可同时使用两种位态。

研究团队成员之一的博士研究生 Matteo Pompili 表示:“从无法破解的通信、到具有完全用户隐私的云计算、再到高精度计时等功能,量子互联网将开辟一系列新颖的应用”。

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量子网络节点之一,反射镜与滤光片将激光束引导至钻石芯片。

过去十年,研究人员已经设法量两个共享直接物理链接的量子设备连到一起,从而迈出了通往量子互联网的第一步。

不过在实现可伸缩的量子网络之前,仍需搞定通过中间节点的量子信息传输,这点类似于传统互联网中的路由器

与此同时,许多有前途的量子互联网应用,都依赖于纠缠的量子比特,但它们往往分布在多个节点之间。

所谓纠缠,特指量子尺度上观察到的一种现象,此前研究人员已经揭示过无论远近都能实现纠缠的特性。

除了算力强大的量子计算机,这项特性还为将来量子互联网的量子信息共享奠定了基础。

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视频截图(动画示意)

在 QuTech 的实验中,初始的量子网络由三个节点组成,它们在同一建筑物内相距一定的范围。为让这些节点能够组成一个真正的网络来运行,研究人员不得不发明一种新颖的架构,以使之扩展到单个链接之外。

据悉,被称作 Bob 的中间结点,与称作 Alice 和 Charlie 的两个外部节点都具有物理连接,从而允许与这些节点中的每一个都建立量子纠缠链接。

此外 Bob 配备了一个可用作存储器的额外量子比特,以在建立新链接时存储先前生成的量子链接。

在 Alice-Bob 和 Bob-Charlie 之间建立量子链接之后,Bob 可通过一组量子运算,将这些链接转换为 Alice-Charlie 的量子链接。

The Worlds First Rudimentary Quantum Network(via

量子互联网的一个重要特征,就是需要通过“标志”信号来宣布完成了这些(本质上也是概率性的)协议。这点对于量子网络的可伸缩性至关重要,因为将来需要通过许多这样的协议来串称一个大网。

团队另一位成员 Sophie Hermans 表示:“一旦建立了连接,我们就能保持最终的纠缠状态,并保护其免受噪音的干扰。理论上,我们可以将这些状态用于量子密钥的分发、量子计算、或任何其它后续的量子协议”。

研究领队 Ronald Hanson 总结道:“这是首个基于纠缠的量子网络,可作为研究人员开发和测试量子互联网的软硬件及协议的独特平台”。

未来量子互联网将由无数的量子设备和中间结点组成,QuTech 团队已在研究将之与现有数据基础架构提供兼容的可行性。

在适当的时候,他们将在实验室外的电信光纤上对当前原理进行验证,预计 QuTech 的城际量子互联网演示线路可在 2022 年完成。

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