我们越来越靠近量子互联网,但它是什么?

经过:Patrick J. Kiger|

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未来量子互联网将利用量子信息的Qubits,这可以采用无限数量的值。Yuichiro Chino / Getty Images

2020年2月,美国能源部的科学家们的argonne国家实验室和芝加哥大学透露他们已经实现了一个量子纠缠- 其中一对两颗微小粒子的行为被连接,因此它们的状态在芝加哥郊区的52英里(83.7公里)量子环网上相同。

如果你不是熟悉的科学家,你可能会想知道所有的大惊小怪量子力学- 也就是说,物质和能源的行为在最小的现实中,这与我们可以看到的世界不同于我们的世界。

但研究人员的壮举可能是开发新的,非常强大的版本的重要一步互联网在接下来的几十年里。不仅可以表达0或1的网络使用的位,而不是表达0或1的值,所以将来的量子互联网将利用Qubits.量子信息,可以采用无限数量的值。(Quibit是量子计算机的信息单位;它就像一台普通电脑中的一点)。

这将为量子互联网方式提供更多带宽,这将使可以连接超强强大量子计算机和其他设备并运行大规模应用程序,即我们现在的互联网也是不可能的。

“量子互联网将是量子生态系统的平台,其中计算机,网络和传感器以基本上新的方式交换信息,其中感应,通信和计算实际上作为一个实体工作,”解释乐动体育网站5.0David Awschalom.通过电子邮件。他是芝加哥大学Pritzker分子工程学院的闪蒸和量子信息教授,以及argonne的高级科学家领导量子循环项目。

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解释量子互联网

那么为什么我们需要这个,它做了什么?对于初学者来说,量子互联网是不是替代品我们现在拥有的普通互联网。相反,它将是它的补充或它的分支。它能够处理困扰当前互联网的一些问题。例如,量子互联网将提供更乐动体育网站5.0大的保护黑客和网络犯罪分子。现在,如果纽约的爱丽丝在互联网上向加利福尼亚州的鲍勃发出鲍勃,那条消息以从一个海岸到另一个海岸的或多或少的直线行进。沿途,传输消息的信号降低;中继器读取信号,放大并纠正错误。乐动体育网站5.0但此过程允许黑客“闯入”并拦截消息。

但是,量子消息乐动体育网站5.0不会有这个问题。量子网络使用光照光子粒子来发送不易受网络攻击的消息。研究人员Ray Newell说,而不是使用数学复杂性加密消息乐动体育网站5.0洛杉矶阿拉莫斯国家实验室,我们将依赖量子物理学的特殊规则。使用量子信息,“您无法将其复制或将其切成两半,并且在不改变它的情况下,您甚至无法查看它。”乐动体育网站5.0事实上,只是试图拦截消息摧毁消息乐动体育网站5.0作为有线杂志指出的。这将使加密将比今天的任何东西更安全。

“了解量子互联网概念的最简单方法是通过量子传送的概念,”Sumeet Khatri.乐动体育网站5.0是一家电子邮件中巴吞鲁日路易斯安那州立大学的研究员。他和同事撰写了关于a的可行性的论文基于空间的量子互联网,其中卫星将持续播放缠绕到地球表面的缠结光子,如此乐动体育网站5.0乐动-软件技术审查文章描述。

“Quantum传送与非科学家的思想不同,在科幻电影中看到的内容可能会召唤出来,”Khatri说。“在量子传送中,两个想要沟通的人共享一对缠结的量子粒子。然后,通过一系列操作,发件人可以向接收器发送任何量子信息(尽管它不能比光更快地完成速度,常见乐动体育网站5.0的误解)。这一世界各地的人与人之间的共同纠缠集中基本上构成了量子互联网。中央研究问题是如何最好地将这些纠缠的对分发给世界各地的人。“

一旦有可能在大规模上做到这一点,量子互联网将如此令人惊讶地快速地令人惊讶的是,远烧时钟可以比今天可用的最佳原子钟更精确地同步大约一千倍。乐动体育网站5.0Cosmos杂志细节。这将使GPS导航大得比今天更精确,而科学家可以将科学家们发现引力波的涟漪的详细信息,地图的引力领域。乐动体育网站5.0它还可以使可以从遥远的可见光望远镜传送光子,并将它们链接到巨大的虚拟天文台中。

“你可能会看到其他明星的行星,”尼古拉斯·彼得斯说,量子信息科学集团的集团领袖橡树岭国家实验室

将全球超强量子计算机的网络也可以共同努力,并创建令人难以置信的复杂模拟。这可能使研究人员能够更好地了解分子和蛋白的行为,并开发和测试新的药物。乐动体育网站5.0

它也可能有助于物理学家解决现实的一些长期神秘。“我们没有完整的宇宙如何工作的图片,”Newell说。“我们对量子力学如何运作,但没有非常清晰地了解了含义的非常清晰。这张照片是模糊的,其中量子力学与我们的生活经历相交。”

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建立量子互联网的挑战

但在任何一个都可能发生之前,研究人员必须弄清楚如何建立量子互联网,并赋予量子力学的奇怪性,这并不容易。乐动体育网站5.0“在古典世界中,您可以编码信息并保存,并没有腐烂,”彼得斯说。“在量子世界中,您编码信息,它开始立即衰减。”

另一个问题是,因为对应于量子信息的能量量真的很低,因此难以使其与外界相互作用。今天,“在许多情况下,量子系统仅在极低的温度下工作,”纽厄尔说。“另一种替代方案是在真空中工作并泵出所有的空气。”

为了使Quantum Internet函数,Newell说,我们需要尚未开发的各种硬件。所以虽然一位中国科学家,但是当量子互联网上跑和运行时,很难说。已设想它可能会尽快发生。

最初发布时间:2020年3月30日

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量子互联网常见问题

量子互联网有多快?
量子互联网能够以比光速快的速度在巨大距离上传输大量数据。
量子互联网是否可能?
2020年2月,来自美国能源部的科学家氩气国家实验室和芝加哥大学透露,他们取得了量子纠缠。研究人员的壮举是开发新版本的互联网的重要一步,但它仍然可能需要几十年。
谁是领先的量子计算?
IBM是量子计算产业中最重要的巨人之一,尽管中国政府正在通过中国国家实验室为量子信息科学制定重大跨利赛。
量子处理器有多快?
Google宣布它具有比任何经典计算机快10000万倍的量子电脑。
哪个国家在量子计算中领先?
根据福布斯,在美国和中国之间的比赛是紧张的,但美国持有更多与量子计算有关的专利。此外,谷歌通过解决200秒内的问题,谷歌实现了量子至上的问题,这将是一台经典电脑10,000年。