我们离量子互联网越来越近了,但它是什么?

由:帕特里克·j·基格|
隧道中的近距离速度运动量子。"width=
未来的量子互联网将利用量子信息的量子位,它可以具有无限个值。18luck手机登录Yuichiro Chino/Getty Images

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们揭示了他们取得了一个量子纠缠在芝加哥郊区52英里(83.7公里)的量子环网络中,一对两个微小粒子的行为相互联系,因此它们的状态是相同的。

如果你不是科学家,你可能想知道这些大惊小怪的是什么量子力学——也就是说,物质和能量在现实中最小尺度上的行为,这与我们周围看到的世界截然不同。

广告

但研究人员的壮举可能是开发更强大的新版本的重要一步互联网在接下来的几十年。今天的网络使用的比特只能表示0或1的值,未来的量子互联网将使用比特量子比特量子信息,它可以有无限18luck手机登录个值。(量子比特是量子计算机的信息单位;18luck手机登录它就像普通计算机中的一个比特)。

这将为量子互联网提供更大的带宽,从而使超级强大的连接成为可能量子计算机以及其他设备和运行大量应用程序,这在我们现在的互联网上根本不可能实现。

“量子互联网将是量子生态系统的平台,计算机、网络和传感器以一种全新的方式交换信息,传感、通信和计算作为一个实体一起工作,”他解释道18luck手机登录大卫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教授,18luck手机登录也是阿贡的高级科学家,领导了量子环项目。

广告

量子互联网的解释

为什么我们需要这个,它有什么作用?首先,量子互联网是不是替代品我们现在的常规互联网。相反,它应该是它的一个补充或一个分支。它将能够解决目前困扰互联网的一些问题。例如,量子互联网将提供更大的保护免受黑客和网络罪犯。现在,如果纽约的爱丽丝通过互联网向加州的鲍勃发送一条消息,这条消息几乎是沿着一条直线从一个海岸传播到另一个海岸。在这个过程中,传递信息的信号会退化;中继器读取信号,放大并纠正错误。但这一过程允许黑客“闯入”并拦截信息。

18新利最新登入然而,量子信息不会有这个问题。量子网络使用光子粒子来发送信息,不容易受到网络攻击。而不是使用数学复杂性加密信息,雷纽维尔说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。对于量子信息,“你不能复制18luck手机登录它或把它切成两半,你甚至不能在不改变它的情况下看它。”事实上,我只是想拦截一条信息销毁消息正如《连线》杂志指出的那样。这将使加密技术比目前可用的任何加密技术都要安全得多。

广告

“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巴吞鲁日路易斯安那州立大学的一名研究人员在一封电子邮件中说。他和同事们写了一篇关于人工智能可行性的论文基于太空的量子互联网在这种模式下,卫星会不断地向地球表面发射纠缠光子,就像这样科技评论文章描述了。

Khatri说:“量子隐形传态不同于非科学家的头脑在科幻电影中看到的东西。”“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,发送方可以向接收方发送任何量子信息(尽管它不能超过光速,这是一个常见的误解)。18luck手机登录全世界成对的人之间的这种共享纠缠的集合本质上构成了量子互联网。核心研究问题是如何最好地将这些纠缠对分配给分布在世界各地的人们。”18新利最新登入

一旦大规模实现这一点成为可能,量子互联网将是如此惊人的快,以至于遥远的时钟可以比目前最好的原子钟同步精确1000倍左右宇宙杂志详情.这将使GPS导航比今天精确得多,并绘制出地球引力场的详细图,科学家们可以发现引力波的涟漪。它还可能将来自地球各地遥远可见光望远镜的光子传送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18luck手机登录橡树岭国家实验室

全球超级强大的量子计算机网络也有可能协同工作,并创建令人难以置信的复杂模拟。例如,这可能会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。

它还可能帮助物理学家解决一些长期存在的现实之谜。“我们对宇宙是如何运作的还没有一个完整的了解,”纽维尔说。18新利最新登入“我们对量子力学的工作原理有很好的理解,但对其影响还不是很清楚。18新利最新登入量子力学与我们生活经验的交集是模糊的。”

广告

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,考虑到量子力学的奇怪之处,这并不容易。18新利最新登入彼得斯说:“在经典世界中,你可以对信息进行编码并保存,它不会腐烂。”18luck手机登录“在量子世界中,你对信息进行编码,它几乎立即开始衰变。”18luck手机登录

另一个问题是,由于量子信息对应的能量非常低,很难阻止它与外界相互作用。18luck手机登录如今,“在许多情况下,量子系统只能在非常低的温度下工作,”纽维尔说。“另一种选择是在真空中工作,把所有的空气都抽出来。”

广告

Newell说,为了实现量子互联网的功能,我们需要各种尚未开发出来的硬件。因此,目前还很难说量子互联网将在什么时候启动并运行,不过一位中国科学家表示有设想这可能在2030年就会发生。

广告

最初发表于2020年3月30日

量子互联网常见问题解答

18新利最新登入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本互联网的重要一步,但这可能还需要几十年的时间。
谁在引领量子计算?
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。18luck手机登录
18新利最新登入量子处理器有多快?
谷歌宣布他们拥有比任何经典计算机快1亿倍的量子计算机。
哪个国家在量子计算方面处于领先地位?
根据福布斯在美国,美国和中国之间的竞争非常激烈,但美国拥有更多与量子计算相关的专利。此外,谷歌通过在200秒内解决一个经典计算机需要1万年才能解决的问题而获得了量子霸权。
特色

广告

加载……
Baidu