量子互联网背后的科学

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来历:黑谷量子 图片来历:(收集)

作者:776

量子互联网将和传统的互联网一样,连系本身的上风而且将继续推动成长。

中国已经在某些城市之间实现了量子加密的早期利用,但跨越全部国家的完整量子收集将需要十年的时候。

构建全部量子互联网,将需要重新起头重新设想路由器,硬盘驱动器和计较机的等效产物-明天已经在停止根本工作。

当现代互联网以典范计较机(现在包括智妙手机,平板电脑,扬声器和恒温器的种别)之间的比特流停止流量传输时,量子互联网将照顾底子分歧的信息单元,即量子比特大概量子位

大自然中最简单的实例—或0的题目。计较机芯片经过停止一些电流而让其他电流活动来处置信息。硬盘驱动器经过将磁铁锁定在向上或向下位置来存储文档。


展开残剩82%
量子位完全代表了另一种信息处置方式,一种基于原子,电子或其他粒子的行为信息,这些物资受量子力学的奇异法则特征。这些现象比典范计较中僵硬的信息处置具有更流利信息处置方式。

例如,硬盘磁铁必须始终指向上方或下方,可是在丈量他之前,量子的偏向是未知的。更正确地说,量子的行为方式处于叠加状态,(称为叠加态),而不但仅是“上”或“下”的简单标志。

量子粒子也可以经过一种称为纠缠的关系被约束在一路,例如当两个光子(光量子)从同一光源发出时。成对的纠缠颗粒具有类似于硬币两个面之间关系的慎密连系-当一个面显现正面时,另一面显现背面。可是,与硬币分歧,纠缠的量子可以相互远间隔并连结它们的关联

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科学家开辟互联网2.0

量子信息科学家将这些现象和其他现象连系在一路,有望供给一种新奇,丰富的信息处置方式-类似于从2-D图形转换为3-D图形,大概学会用小数而不是整数停止计较。

例如,能用自然说话表达的量子装备可以增强科学家经过模拟新的原子结构来设想材料和药物的才能,而无需在尝试室中测试其性质。纠缠是因内部篡改而破坏的奥妙链接,可以确保装备之间的毗连连结私密性。

可是,这样的奇迹仍然需要数年或数十年之遥。叠加态和量子纠缠都是易扰的状态,最难的需要在严酷的高温下连结在与外界紊乱完全隔离的机械中。

随着量子计较机科学家追求扩大对更多细小量子的控制的方式,量子互联网研讨职员正在开辟将这些量子调集链接在一路所需的技术。

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IBM公司

IBM开辟的量子计较机原型的内部。当各个团体竞相建造量子计较机时,能源部的研讨职员正在追求将它们毗连在一路的方式。

纠缠光子的这类发送和接收相当于量子路由器,可是接下来的研讨职员需要量子硬盘驱动器-一种保存他们交换的信息的方式。Kleese van Dam说:“我们正处于风口浪尖,纠缠着数英里的间隔。”

当光子从收集合照顾信息时,量子存储器将以纠缠原子的形式存储那些量子比特,就像当前的硬盘驱动器利用翻转磁铁来保存比特一样。

在扩大收集范围之前,研讨职员将需要发现一种量子中继器-一种可在另一100英里旅程内增强萎缩信号的装备。传统的互联网中继器只是复制信息并发出新的光脉冲,可是该进程打破了纠缠(使量子通讯免受窃听者窃听的功用)。

相反,研讨职员提出了一种计划,经过将量子信号改组为其他形式而无需间接读取便可以放大量子信号。“我们今朝正在运转一些原型量子中继器。

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中国在量子收集范畴的带领者

中国科学技术大学团队在尝试室中实现了长间隔的量子纠缠,两种尝试计划别离实现了 22 千米和 50 千米的量子纠缠,缔造了天下记载。。

50 千米的间隔足以毗连两座城市,这一尝试功效及尝试中采用的相关技术或为实现多节点、远间隔量子纠缠摊平门路,将是实现长间隔量子通讯网的重要一步

第一,从泉源动身,研讨团队在两个量子存储器都设备了环形腔增强(Cavity Enhancement)技术来提升单光子与原子系综间耦合,并优化光路传输效力,将此前的光与原子纠缠的亮度进步了一个数目级。其中,腔增强光路是研讨团队自立研制,首要的思绪是提升单光子与原子系综间的耦合并下降腔内消耗,终极实现的腔内原子态至光子态转化效力为 90% 左右。

第二,研讨团队挑选光纤作为毗连介质,以光作为传输信息的载体。可是,原子存储器对应的光波长在光纤中的消耗约为 3.5dB/km,在 50 千米光纤中,衰减将到达十亿亿倍(具体衰减倍数为 10 的 17.5 次方),使得量子通讯没法实现。

量子计较和量子通讯范畴无疑是近几年来科研界最炙手可热的范畴之一了,根基都是一年好几个严重冲破。此次的尝试对于实现量子通讯具有非常重要的意义。

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黑谷量子

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好向圈小助手 发表于 2020-7-22 19:08:10
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