我们越来越靠近量子互联网,但它是什么?

经过:Patrick j . Kiger|

在隧道的特写速度运动量子。"width=
未来的量子互联网将利用量子信息的量子位,它可以承载无限的值。Yuichiro斜纹棉布裤/盖蒂图片社

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揭示了他们已经实现了一个量子纠缠——在这个实验中,两个微小粒子的行为相互联系,使它们的状态完全相同——在芝加哥郊区一个52英里(83.7公里)长的量子环网络上。

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,物质和能量在现实最小尺度上的行为,这与我们看到的周围世界特别不同。

但研究人员的壮举可能是开发一种更强大的新版本的重要一步互联网在接下来的几十年里。今天的网络使用的比特只能表示0或1的值,而未来的量子互联网将利用比特量子比特量子信息,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)。

这将给量子互联网带来更大的带宽,这将使超级强大的连接成为可能量子计算机以及其他设备,并运行大量的应用程序,这在我们现有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,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5.0大卫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。

广告

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常规互联网。更确切地说,它将是它的一个补充或一个分支。它将能够解决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罪犯。现在,如果纽约的爱丽丝通过互联网给加州的鲍勃发送一条信息,这个信息从一个海岸到另一个海岸几乎是直线传播的。在此过程中,传输信息的信号会退化;中继器读取信号,放大并纠正错误。乐动体育网站5.0但这一过程允许黑客“闯入”并拦截信息。

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,只是试图拦截消息破坏的消息乐动体育网站5.0正如《连线》杂志所指出的那样。这将使加密技术比现在任何可用的技术都更加安全。

“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乐动体育网站5.0巴吞鲁日路易斯安那州立大学(Louisiana State University)的一名研究人员在一封电子邮件中说。他和同事们已经写了一篇关于a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了。

“量子隐形传态不同于非科学家的大脑在科幻电影中所看到的,”卡特里说。“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,发送方可以将任何量子信息发送给接收方(尽管这不能超过光速,这是一个常见的误解)。乐动体育网站5.0世界各地的一对对人之间共享的纠缠本质上构成了量子互联网。研究的核心问题是如何最好地将这些缠结在一起的情侣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

它还可能帮助物理学家解决一些长期存在的现实之谜。Newell说:“我们对宇宙如何运行没有一个完整的概念。”“我们对量子力学的工作原理有很好的理解,但对其含义却不是很清楚。量子力学与我们的生活经验之间的交集是模糊的。”

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,考虑到量子力学的怪异,这并不容易。乐动体育网站5.0彼得斯说:“在经典世界中,你可以对信息进行编码和保存,而且它不会衰变。”“在量子世界中,你对信息进行编码,它几乎马上就开始衰变。”

另一个问题是,因为与量子信息相对应的能量非常低,很难阻止它与外部世界相互作用。如今,“在许多情况下,量子系统只能在非常低的温度下工作,”纽威尔说。“另一种选择是在真空环境中工作,把所有的空气抽出去。”

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。已设想最快在2030年就能实现。

广告

最初发布时间:2020年3月30日

量子网络常见问题解答

量子互联网会有多快?
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。
量子互联网可能吗?
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?
谷歌宣布其量子计算机的速度比任何经典计算机都快1亿倍。
哪个国家在量子计算领域处于领先地位?
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。

广告

loading ...