我们离量子互联网越来越近了,但它是什么?

由:Patrick j . Kiger|

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未来的量子互联网将利用量子信息的量子位,它可以承载无限的值。Yuichiro斜纹棉布裤/盖蒂图片社

早在2020年2月,来自美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家揭示了他们已经达到了一个量子纠缠——在这个实验中,两个微小粒子的行为相互联系,使它们的状态完全相同——在芝加哥郊区一个52英里(83.7公里)长的量子环网络上。

如果你不是一个熟悉的科学家,你可能想知道这些大惊小怪的是什么量子力学——也就是说,物质和能量在现实最小尺度上的行为,这与我们看到的周围世界特别不同。

但研究人员的壮举可能是开发一种更强大的新版本的重要一步互联网在接下来的几十年里。今天的网络使用的比特只能表示0或1的值,而未来的量子互联网将利用比特量子比特量子信息,它可以有无限个值。(qubit是量子计算机的信息单位;它就像普通计算机中的一个bit)。

这将给量子互联网带来更大的带宽,这将使超级强大的连接成为可能量子计算机以及其他设备,并运行大量的应用程序,这在我们现有的互联网上根本不可能实现。

“量子互联网将成为量子生态系统的平台,在这里,计算机、网络和传感器以一种全新的方式交换信息,传感、通信和计算实际上作为一个实体一起工作,”解释说欧宝平台代理大卫Awschalom通过电子邮件。他是芝加哥大学普利兹克分子工程学院的自旋电子学和量子信息学教授,也是阿贡大学的资深科学家,领导了量子环项目。

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解释量子互联网

那么我们为什么需要它,它有什么作用呢?首先,量子互联网是不是一个替代我们现在拥有的常规互联网。更确切地说,它将是它的一个补充或一个分支。它将能够解决困扰当前互联网的一些问题。例如,量子互联网将提供更欧宝平台代理大的保护黑客和网络罪犯。现在,如果纽约的爱丽丝通过互联网给加州的鲍勃发送一条信息,这个信息从一个海岸到另一个海岸几乎是直线传播的。在此过程中,传输信息的信号会退化;中继器读取信号,放大并纠正错误。欧宝平台代理但这一过程允许黑客“闯入”并拦截信息。

然而,量子信息欧宝平台代理不会有这个问题。量子网络使用光子粒子来发送不易受到网络攻击的信息。而不是使用数学复杂性加密信息,雷纽威尔,一位研究人员说欧宝平台代理洛斯阿拉莫斯国家实验室,我们将依赖于量子物理的特殊规则。有了量子信息,“你无法复制它或将它切成两半,你甚至无法在不改变它的情况下查看它。”欧宝平台代理事实上,我只是想拦截一条信息破坏的消息欧宝平台代理正如《连线》杂志所指出的那样。这将使加密技术比现在任何可用的技术都更加安全。

“理解量子互联网概念的最简单方法是通过量子隐形传态的概念,”苏密特Khatri欧宝平台代理巴吞鲁日路易斯安那州立大学(Louisiana State University)的一名研究人员在一封电子邮件中说。他和同事们已经写了一篇关于a天基量子互联网,卫星会不断地向地球表面发射纠缠光子,就像这样欧宝平台代理欧宝app靠谱吗技术评论文章描述了。

“量子隐形传态不同于非科学家的大脑在科幻电影中所看到的,”卡特里说。“在量子隐形传态中,两个想要交流的人共享一对纠缠的量子粒子。然后,通过一系列操作,发送方可以将任何量子信息发送给接收方(尽管这不能超过光速,这是一个常见的误解)。欧宝平台代理世界各地的一对对人之间共享的纠缠本质上构成了量子互联网。研究的核心问题是如何最好地将这些缠结在一起的情侣分发给世界各地的人。”

一旦能够大规模实现,量子互联网将会以惊人的速度在遥远的地方同步原子钟,比现在最好的原子钟精确1000倍欧宝平台代理宇宙杂志细节.这将使GPS导航比现在精确得多,并精确地绘制地球引力场地图,科学家们甚至可以发现引力波的涟漪。欧宝平台代理它还可以让光子从遥远的可见光望远镜传送到地球各地,并将它们连接到一个巨大的虚拟天文台。

“你可能会看到其他恒星周围的行星,”麻省理工学院量子信息科学小组的组长尼古拉斯·彼得斯说橡树岭国家实验室

全球超级强大的量子计算机网络也有可能一起工作,并创建难以置信的复杂模拟。例如,这可能使研究人员更好地理解分子和蛋白质的行为,并开发和测试新的药物。欧宝平台代理

它还可能帮助物理学家解决一些长期存在的现实之谜。Newell说:“我们对宇宙如何运行没有一个完整的概念。”“我们对量子力学的工作原理有很好的理解,但对其含义却不是很清楚。量子力学与我们的生活经验之间的交集是模糊的。”

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构建量子互联网的挑战

但在这一切发生之前,研究人员必须弄清楚如何建立一个量子互联网,考虑到量子力学的怪异,这并不容易。欧宝平台代理彼得斯说:“在经典世界中,你可以对信息进行编码和保存,而且它不会衰变。”“在量子世界中,你对信息进行编码,它几乎马上就开始衰变。”

另一个问题是,因为与量子信息相对应的能量非常低,很难阻止它与外部世界相互作用。如今,“在许多情况下,量子系统只能在非常低的温度下工作,”纽威尔说。“另一种选择是在真空环境中工作,把所有的空气抽出去。”

Newell说,为了让量子互联网发挥作用,我们需要各种尚未开发的硬件。因此,目前还很难说量子互联网何时会启动并运行,尽管一位中国科学家说有设想最快在2030年就能实现。

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发布日期:2020年3月30日

量子网络常见问题解答

量子互联网会有多快?
量子互联网将能够以比光速还快的速度远距离传输大量数据。
量子互联网可能吗?
2020年2月,来自美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家们透露,他们已经实现了量子纠缠。研究人员的壮举是开发新版互联网的重要一步,但这仍可能需要几十年的时间。
谁在领导量子计算?
IBM是量子计算行业最重要的巨头之一,尽管中国政府也通过中国量子信息科学国家实验室取得了重大飞跃。
量子处理器有多快?
谷歌宣布其量子计算机的速度比任何经典计算机都快1亿倍。
哪个国家在量子计算领域处于领先地位?
根据福布斯在美国,美国和中国之间的竞争很激烈,但美国拥有更多与量子计算相关的专利。此外,谷歌在200秒内解决了一个经典计算机需要1万年才能解决的问题,从而实现了量子霸权。

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