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量子互联网六阶段发展路线图出炉

2018-12-17 09:53
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  量子网络和量子计算共享许多概念和技术,两者都利用了经典物理学领域没有的现象。例如,电子或光子这样的等量子粒子可处于两种明确定义的旋转状态——顺时针或逆时针之一,也可同时处于这两种状态,这被称为“叠加”。此外,两个粒子可发生“纠缠”:即使两个粒子相距很远,其中一个粒子状态的改变也会影响另外一个粒子的状态。量子比特是量子信息的最小单位。

  最初阶段被称为“0阶段”。在这一阶段的网络中,用户能建立一个通用的加密密钥,以便安全地共享数据。量子物理学仅在幕后工作:服务提供商使用它来创建密钥。但提供商因此就知道了密钥,这意味着用户必须信任服务商。这种类型的网络已经存在。例如在中国,绵延2000多公里的这种网络连接了包括北京和上海在内的大城市。

  在第一阶段,用户正式进入量子游戏,其中发送者创建量子状态(通常是光子)。这些量子状态或沿着光纤,或通过在开放空间中发射的激光脉冲被发送到接收器。在此阶段,任何两个用户都可以创建只有他们自己知道的私有加密密钥。该技术还使用户能将量子密码提交给诸如ATM之类的机器,如此一来,机器将能够在不知道密码是什么的情况下对密码进行验证,也无法窃取密码。

  研究人员称,使用最高阶段量子互联网的首批“吃螃蟹者”可能是科学家本身。实验室将与第一台先进的量子计算机远程相连,或将这些量子计算机连接起来作为一台计算机。然后,他们可以使用这些系统进行经典计算机无法实现的实验,比如,模拟分子或材料的量子物理学。此外,量子时钟网络可以极大地提高引力波等现象的测量精度;遥远的光学望远镜可以将其上的量子比特连接在一起,让图像更加清晰。

  这种网络当然也能在科学之外的领域“大展拳脚”。例如,在选举中,第五阶段的量子互联网让选民不仅可以选择一个候选人,还可选择候选人的“叠加”。哈佛—史密森尼天体物理中心物理学家尼科尔·云格尔·哈尔彭说,“量子选民”可以使用“传统选民无法实施的战略投票方案”。而且,量子技术可能有助于大型团体协调并达成共识,例如,验证比特币等电子货币。