（文章來源：量子認知）

量子互聯(lián)網(wǎng)可以用來發(fā)送無法破解的消息，提高GPS的準確性，并支持基于云的量子計算。二十多年來，創(chuàng)建這樣一個量子網(wǎng)絡(luò)的夢想在很大程度上一直遙不可及，這是因為很難在遠距離無損地發(fā)送量子信號。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員找到了一種方法，可以利用原型量子節(jié)點來糾正信號丟失，該量子節(jié)點可以捕獲、存儲和糾纏量子信息。該研究是通向?qū)嵱昧孔踊ヂ?lián)網(wǎng)的缺失環(huán)節(jié)，也是長距離量子網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要一步。研究人員表示：“該研究是一項概念性突破，可以擴展盡可能長的量子網(wǎng)絡(luò)范圍，并有可能以任何現(xiàn)有技術(shù)都無法實現(xiàn)的方式啟用許多新應(yīng)用。”該項研究成果發(fā)表在最近的《自然》雜志上。

物理學(xué)家表示，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了實用量子互聯(lián)網(wǎng)的“缺失環(huán)節(jié)”，因此，在長距離量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方面邁出了一大步。答案是老式中繼器的現(xiàn)代版本，該中繼器可以通過校正或補償信號損失來實現(xiàn)遠距離通信。自從電報時代以來，我們一直在這樣做。

從第一臺電報機到當(dāng)今的光纖互聯(lián)網(wǎng)，每一種通信技術(shù)都必須解決這樣一個事實，即信號在遠距離傳輸時會衰減并丟失。1800年代中期從而開發(fā)出了中繼器，用于接收和放大有線電報信號以糾正這種損耗。200年以來，中繼器已成為遠程通信基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的一部分。

在經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)中，如果張三想向李四發(fā)送一條消息，則該消息信號或多或少地通過中繼器，在其中讀取、放大和糾正錯誤。整個過程在任何時候都容易受到攻擊。但是，如果王五想發(fā)送量子消息，則過程有所不同。量子網(wǎng)絡(luò)使用單個光子的量子粒子在長距離上傳遞光的量子態(tài)。這些網(wǎng)絡(luò)具有經(jīng)典系統(tǒng)所沒有的一個特點：糾纏。

糾纏——愛因斯坦稱之為“遠距離的怪異動作”，允許信息的比特在任何距離上都可以完美關(guān)聯(lián)。由于無法不改變就無法觀察到量子系統(tǒng)，因此王五可以使用糾纏向李四發(fā)送消息，而不必擔(dān)心竊聽者。此概念是應(yīng)用量子密碼術(shù)的基礎(chǔ)——量子物理學(xué)定律可保證安全性。

然而，長距離的量子通信也受到常規(guī)光子損耗的影響，這是實現(xiàn)大規(guī)模量子互聯(lián)網(wǎng)的主要障礙之一。但是，使量子通信超安全的物理原理也使得不可能使用現(xiàn)有的經(jīng)典中繼器來修復(fù)信息丟失。如果看不到信號，如何放大和校正信號？解決這一看似不可能完成的任務(wù)的過程涉及所謂的量子中繼器。與經(jīng)典中繼器不同，傳統(tǒng)中繼器通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)放大信號，而量子中繼器則創(chuàng)建糾纏粒子網(wǎng)絡(luò)，可以通過該網(wǎng)絡(luò)傳輸消息。

本質(zhì)上，量子中繼器是一種小型的專用量子計算機。在這樣的網(wǎng)絡(luò)的每個階段，量子中繼器必須能夠捕獲和處理量子信息的量子位以糾正錯誤，并將其存儲足夠長的時間，以便網(wǎng)絡(luò)的其余部分準備就緒。過去，由于兩個原因，使其不可能：首先，單光子很難捕獲。其次，眾所周知，量子信息非常脆弱，長時間處理和存儲非常具有挑戰(zhàn)性。

科學(xué)家們一直在努力利用鉆石中的硅空位色心系統(tǒng)可以很好地完成這兩項任務(wù)。研究人員將一個單獨的色心整合到了納米加工的鉆石腔中，從而限制了承載信息的光子，并迫使其與單個色心相互作用。然后，將設(shè)備放置在稀釋冰箱中，該冰箱的溫度接近絕對零值，然后通過光纖將單個光子發(fā)送到冰箱中，在那里它們被色心有效地捕獲和捕獲。

該設(shè)備可以存儲幾毫秒的量子信息——足夠長的時間來將信息傳輸數(shù)千公里。嵌入空腔周圍的電極用于傳遞控制信號，以處理和保存存儲在存儲器中的信息。研究人員說：“該設(shè)備結(jié)合了量子中繼器的三個最重要的元素：較長的存儲空間，有效地捕獲光子中信息的能力以及在本地進行處理的方式。 “這些挑戰(zhàn)中的每一個都得到了單獨解決，但過去沒有一個設(shè)備能將這三個問題結(jié)合在一起解決?！毖芯咳藛T說：“目前，我們正在通過在真實的城市光纖鏈路中部署我們的量子存儲器來擴展這項研究。”

（責(zé)任編輯：fqj）