基于量子纠缠的量子网络

　　【美国华人网综合报道】 研究人员团队报告了连接三个量子处理器的多节点量子网络。此外，他们还实现了关键量子网络协议的原理证明演示 。
　　荷兰QuTech的一个研究团队报告说，他们实现了首个多节点量子网络，连接了三个量子处理器。此外，他们还实现了关键量子网络协议的原理证明演示。他们的发现标志着未来量子互联网的一个重要里程碑， 现已发表在 Science 杂志上。
　　量子网络
　　互联网的强大之处在于，它可以让地球上的任何两台计算机相互连接，实现了几十年前创建时无法想象的应用程序。如今， 世界各地许多实验室的研究人员正在研究第一个版本的量子互联网，一个可以长距离连接任何两个量子设备的网络，如量子计算机或传感器。 今天的 互联网以比特(可以是0或1)来发布信息 ，而未来的 量子互联网将可以同时使用0和1的量子比特 。该研究团队的一名博士生Matteo Pompili说:＂量子互联网将开辟一系列新的应用，从无法破解的通信，完全保护用户隐私的云计算，到高精度的计时。＂就像40年前的互联网一样，可能有很多应用是我们现在无法预见的。
　　无所不在的连接
　　量子互联网的第一步是在过去十年里通过连接两个共享直接物理链路的量子设备而迈出的。然而，能够通过中间节点(类似于经典互联网中的路由器)传递量子信息对于创建一个可扩展的量子网络至关重要。此外，许多有前途的量子互联网应用依赖于分布在多个节点之间的纠缠量子比特。 纠缠是在量子尺度上观察到的一种现象，它从根本上将微粒连在一起，甚至在很远的距离上。它为量子计算机提供了巨大的计算能力，是未来量子互联网上共享量子信息的基础资源 。通过在实验室中实现量子网络，QuTech的一个研究团队——由代尔夫特理工大学和TNO合作， 首次通过中间节点连接了两个量子处理器，并在多个独立量子处理器之间建立了共享纠缠 。
　　操作量子网络
　　基本的量子网络由三个量子节点组成 ，它们位于同一栋建筑的一定距离内。为了让这些节点像真正的网络一样运作，研究人员必须发明一种新的架构，使其能够超越单个链接进行扩展。中间的节点(称为Bob)与两个外部节点(称为Alice和Charlie)都有物理连接，允许与每个这些节点建立纠缠链接。Bob配备了一个额外的量子位，可以用作存储，允许在建立新链路时存储先前生成的量子链路。在建立了Alice-Bob和Bob-Charlie的量子链路之后，Bob处的一组量子操作将这些链路转换成Alice-Charlie的量子链路。或者，通过在Bob处执行一组不同的量子操作，在所有三个节点之间建立纠缠。
　　可供后续使用
　　该网络的一个重要特征是，它通过一个标志信号宣布这些协议的成功完成 。这样的预示对于可扩展性至关重要，因为在未来的量子互联网中，许多这样的协议将需要连接起来。该团队的另一名成员Sophie Hermans说:＂一旦确定了，我们就能够保存产生的纠缠态，使它们免受噪声的干扰。这意味着，原则上，我们可以使用这些状态来进行量子密钥分配，量子计算或任何其他后续的量子协议。＂
　　量子网络演示
　　这是第一个基于纠缠的量子网络 ，为研究人员开发和测试量子互联网硬件，软件和协议提供了一个独特的测试平台。＂未来的量子互联网将由无数的量子设备和中间节点组成，＂该研究团队的负责人Ronald Hanson说。QuTech的同事们已经在研究未来与现有数据基础设施的兼容性。在适当的时候， 目前的原理验证方法将在实验室之外的现有电信光纤上进行测试，在QuTech的量子互联网演示机上，其中的第一个城际链路计划在2022年完成。
　　更高级的层次
　　在实验室里，研究人员将专注于为他们的三节点网络添加更多的量子比特，并增加更高层次的软件和硬件层。 Pompili表示:＂ 一旦所有运行网络的高级控制和接口层都开发出来，任何人都可以编写和运行网络应用程序，而不需要了解激光器和低温仪的工作原理。这是最终目标。 ＂
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