美800公里量子通讯网络项目曝光!中、美、欧已全面加入量子互联

编辑:凯恩/2018-11-20 17:34

  QuTech的研究人员在斯蒂芬妮·维尔纳(StephanieWehner)和罗纳德·汉森(RonaldHanson)的领导下,正在努力克服一系列技术难题,推进项目。如果成功,该项目有望成为下一代量子互联网的样板,就像1960年代美国国防部创建的Arpanet成为今天互联网的前身一样。

  目前的量子密钥分发仍然存在局限性。光子在大气层和光纤中的传输总是存在衰减,凤凰彩票首页。因此传输距离通常无法超过几十千米。例如,中国建立的北京-上海密钥分发网络为了解决这个问题,设立了32个可信节点,承担信号的中继任务。为了实现中继,密钥必须被解码,然后重新以量子技术加密,再发送出去。显然,窃听者只要渗透可信节点,就可以获取密钥而不留下任何痕迹,因此“可信节点”并不完全可靠。

  维尔纳和汉森领导的QuTech研究团队意图克服此局限,腾讯分分彩。建立完全以量子技术进行数据传输的互联网。他们依靠的物理原理是“量子隐形传态”(quantumteleportation)。尽管该原理听上去有点科幻,但是基于量子纠缠、量子隐形传态确确实实可以实现。

  量子纠缠指2个量子比特——在光纤中是光子——以单一量子态被创造出来。这两个量子比特即使被分离,它们之间仍然能保持联系。改变其中一个量子比特的状态,另一个与之纠缠的量子比特的状态也会同时随之改变,不管相距多远。爱因斯坦将这种现象称为“幽灵般的超距作用”。

  当前,有很多方法可以产生纠缠态的量子比特。汉森领导的QuTech硬件创新团队使用包含特定氮空缺的显微合成钻石来制造量子比特,钻石中的缺陷能产生可以长距离传输的光子。

  然而,该方案面临巨大的科学和工程挑战。汉森表示,他们对长距离纠缠做了很多实验,但是绝大多数方案都不够理想。由于两个城市之间的光纤链路可能要绕行很远,因此必须制造出存活距离远远超过两个城市之间直线距离的纠缠光子。

  当然,研究团队还是取得了相当的进展。2015年,汉森团队成功将2个纠缠态量子比特发送到相隔1300米远的地方。不过,这种发送每小时只能进行1次,且每次发送后,量子比特纠缠态的存续时间远远小于1秒。2015年6月,该团队声称,他们已经能将2个电子发送到相距几米的2个地方,而且每秒钟可以进行40次发送。这次实验证明,满足实际需要的量子纠缠网络是可能建立起来的。

  但是,实验室中实现纠缠光子的分发是一回事,在现实世界中将其实现又是另外一回事。其中的技术挑战包括以足够的频率发送纠缠态光子(传输速率)和让光子的存活距离足够远(相干性)。后者需要用激光器来产生波长较长的光子,以便让光子在光纤中传输得更远。

  荷兰看上去是实现全球量子网络雄心的合适起步地点,因为其城市之间的距离很近。然而,在可预见的将来,全球量子网络的实现可能必须要依靠量子中继技术。当然,与中国等国家目前采用的“可信节点”不同,量子中继技术无需进行量子信息到经典信息的转换,就可以实现量子信息中继,从而彻底消除秘密窃听的可能性。

  QuTech始终以2020年完成4个城市之间的互联量子网络为目标,尽管维尔纳承认这个截止时间“太紧张”。QuTech的工作对新近发起的“欧洲量子互联网联盟”(QuantumInternetAlliance(QIA))项目产生了很大影响。维尔纳也正在积极寻求合作伙伴,意图建立一个“能令地球上任意两点之间实现量子通信的全球网络”。