量子互联网给我们带来方便的同时，也带来了危险

（文章来源：网络整理）

早在2020年2月，科学家们从美国能源部的阿贡国家实验室和芝加哥大学的透露，他们已经达到了一种量子纠缠——一对两个微小粒子的行为成为联系，所以，他们的状态是相同的——在一个52-mile圈(83.7公里)网络在芝加哥郊区。如果你不是一个熟悉量子力学的科学家，你可能想知道这些小题大做是为了什么——也就是说，物质和能量在最小尺度上的行为，与我们所看到的周围的世界有很大的不同。

但研究人员的壮举可能是未来几十年开发一个新的、强大得多的互联网版本的重要一步。未来的量子互联网将利用量子信息的量子位，而不是现在网络使用的只能表示0或1位，这些量子位可以表示无限数量的值。这将为量子互联网提供更多的带宽，这将使连接超级强大的量子计算机和其他设备成为可能，并运行大量的应用程序，而这在我们现在的互联网上是不可能的。

“量子互联网将是一个量子生态系统的平台，在这里，计算机、网络和传感器以一种全新的方式交换信息，在这里，传感、通信和计算作为一个实体一起工作，”David Awschalom通过电子邮件解释说。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，也是阿贡的高级科学家，他领导了量子环项目。

那么我们为什么需要这个，它是做什么的呢？首先，量子互联网并不能取代我们现有的常规互联网。相反，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，量子互联网将为黑客和网络罪犯提供更大的保护。现在，如果在纽约的Alice通过互联网向在加利福尼亚的Bob发送一条信息，这条信息或多或少是以一条直线的形式从一个海岸传到另一个海岸。在这个过程中，传递信息的信号会减弱；中继器读取信号，放大并纠正错误。但是这个过程允许黑客“闯入”并拦截消息。

但是，量子消息不会有这个问题。量子网络利用光子粒子来发送不易受到网络攻击的信息。洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究员Ray Newell说，与其使用复杂的数学方法来加密信息，我们更依赖于量子物理的特殊规则。有了量子信息，“你不能复制它或把它切成两半，你甚至不能在不改变它的情况下看它。”事实上，正如《连线》杂志所指出的，仅仅试图拦截一条信息就会破坏这条信息。这将使加密成为可能，这将比目前任何可用的加密技术都要安全得多。

向非科学家解释这一切是如何运作的有点棘手。“理解量子互联网概念最简单的方法就是通过量子隐形传态的概念，”路易斯安那州立大学巴吞鲁日分校的研究员Sumeet Khatri在一封电子邮件中说。他和他的同事们已经写了一篇关于太空量子互联网可行性的论文，在该论文中，卫星将持续向地球表面发射纠缠光子，正如这篇技术评论文章所描述的那样。

“量子隐形传态不同于一个非科学家的大脑在科幻电影中看到的东西，”哈特里说。在量子隐形传态中，两个想要交流的人共用一对纠缠在一起的量子粒子。然后，通过一系列的操作，发送方可以将任何量子信息发送给接收方(尽管发送速度不能超过光速，这是一种常见的误解)。这种世界各地成对的人之间的共享纠缠本质上构成了量子互联网。研究的中心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。”

一旦有可能大规模地做到这一点，量子互联网的速度将快得惊人，遥远的时钟可以同步到比目前最好的原子钟精确1000倍左右，《宇宙》杂志详细报道。这将使GPS导航比现在精确得多，而且可以精确地绘制出地球重力场的细节图，科学家们甚至可以发现引力波的波动。它还可以使从遍布地球的遥远的可见光望远镜传送光子成为可能，并将它们连接成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，”橡树岭国家实验室量子信息科学组组长尼古拉斯·彼得斯说。超级强大的量子计算机网络也可以在全球范围内协同工作，创造出难以置信的复杂模拟。例如，这可能使研究人员更好地了解分子和蛋白质的行为，并开发和测试新的药物。

它也可能帮助物理学家解决一些长期存在的关于现实的谜团。“我们对宇宙如何运行没有一个完整的认识，”Newell说。“我们对量子力学的原理有很好的理解，但对其中的含义却不是很清楚。量子力学与我们的生活经验有什么交集，这幅图很模糊。”

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，考虑到量子力学的古怪，这并不容易。彼得斯说：“在传统世界中，你可以对信息进行编码和保存，而它不会腐烂。”“在量子世界中，你对信息进行编码，它几乎立即开始衰变。”

另一个问题是，由于量子信息所对应的能量非常低，很难阻止它与外部世界的相互作用。今天，“在很多情况下，量子系统只能在非常低的温度下工作，”Newell说。另一种选择是在真空中工作，把所有的空气都抽出来。”Newell说，为了实现量子互联网的功能，我们需要各种各样还没有开发出来的硬件。因此，目前还很难说量子互联网何时建成并投入使用，但一位中国科学家曾设想，它最早可能在2030年建成。
（责任编辑：fqj）