QuTech研究人员建立首个基于纠缠的量子网络

　　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。
　　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＂。
　　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。
　　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。