先進的量子網絡可以成為量子互聯網的原型

這是迄今為止創建的最複雜的量子網絡之一，18 個人將能夠利用量子物理的力量進行安全通信。這項工作背後的研究人員表示，它為創建全球量子互聯網提供了一條實用途徑，但其他人對此表示懷疑。

長期承諾的量子互聯網將允許量子計算機進行遠距離通信，交換被稱為光子的光粒子，這些粒子通過量子糾纏連接在一起。它還可以結合量子傳感器或經典計算機網絡來發送和接收無法被黑客攻擊的消息。但將量子世界連接在一起並不像鋪設電纜那麼簡單，因為確保一個網絡節點可以與另一個網絡節點糾纏在一起是一項挑戰。

現在， 陳先鋒 來自上海交通大學（中國）的教授和他的同事展示瞭如何將兩個量子網絡連接在一起。首先，他們建立了兩個網絡，每個網絡有 10 個節點，共享量子糾纏——本質上是兩個微型版本的量子互聯網。然後，他們犧牲了每個網絡中的一個節點，將它們組合成一個大型的、完全糾纏的網絡，其中剩餘 18 個節點中的每一對都可以交互。

將 18 台經典計算機聯網是一項簡單的任務，只需要極其便宜的組件，但在量子世界中，它涉及在多個用戶之間以如此精確的時間交換單個光子，因此需要先進的技術和專業知識。即使一對設備之間的通信很複雜，但任何一對 18 個用戶的通信能力都是前所未有的。

研究人員在一篇有關其工作的論文中寫道：“我們的方法為不同網絡之間的量子通信提供了關鍵功能，並且有利於創建一個能夠實現所有用戶之間通信的大規模量子互聯網。”研究人員沒有回應置評請求。

正如研究人員所描述的，這種網絡合併需要一個稱為糾纏交換的過程。通過進行稱為貝爾測量的特殊觀察，可以使光子量子糾纏。同時測量兩對糾纏光子中每一對中一個光子的狀態，有效地將鏈中兩個最遠的光子聯繫起來，但浪費了測量到的光子，因為任何直接測試其狀態的嘗試都會破壞微妙的量子平衡。

“這並不是第一次證明糾纏交換，”說 悉達多·喬希 在英國布里斯託大學。 “他們創造了一種設計，可以讓你以更方便的方式在網絡之間切換。”

喬希表示，量子通信研究目前分為兩部分：在距離越來越遠的兩個設備之間發送信息，有時甚至在衛星上發送信息；以及嘗試創建在短距離內可靠地聯網許多設備的協議和方法。這項研究屬於第二陣營。 “這兩個因素都非常重要，”他說。

但 羅伯特·楊 來自英國蘭卡斯特大學的他表示，雖然這一成果是一項非凡的技術成就，需要技能和大量資源，但他認為成本和復雜性使其不太可能成為未來大規模量子網絡的原型。

“這與實用性以及現實世界中可以實施的任何事情都相去甚遠，”楊說。 “該論文聲稱這是量子網絡連接方式的未來，但要實現這一目標，需要解決的問題太多，令人失望。”

一個問題是需要所謂的量子中繼器來長距離傳輸信息。隨著距離的增加，光子在光纖電纜中的損失越來越多，並且由於量子信息無法讀取和重新傳輸（因為測量破壞了光子的狀態），因此信號無法沿其路徑放大。一個工作的量子中繼器將允許信號長距離傳輸，但事實證明建造這些設備很困難。

“實際上，當我們構建量子網絡時，我們知道我們實際上需要某種形式的量子中繼器，”Young 說，但該網絡演示並未解決這一問題。