來自荷蘭量子計(jì)算公司QuTech的研究人員成功實(shí)現(xiàn)將3個(gè)量子設(shè)備連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。此外，他們還實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵量子網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的原理證明演示。該發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著邁向未來量子互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要里程碑。相關(guān)研究成果于當(dāng)?shù)貢r(shí)間15日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

量子糾纏為量子計(jì)算機(jī)提供了巨大的計(jì)算能力，是未來量子互聯(lián)網(wǎng)上共享量子信息的基礎(chǔ)資源。過去10年，通過將共享直接物理鏈路的兩個(gè)量子設(shè)備連接在一起，科學(xué)家邁出量子互聯(lián)網(wǎng)的第一步。然而，能夠通過中間節(jié)點(diǎn)(類似于路由器)傳遞量子信息對(duì)于創(chuàng)建可擴(kuò)展的量子網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。此外，許多量子互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用依賴于在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間分布的糾纏量子比特。

基本的量子網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)量子節(jié)點(diǎn)組成，它們?cè)谕唤ㄖ飪?nèi)相距一定距離。為了使這些節(jié)點(diǎn)能夠作為一個(gè)真正的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，研究人員必須發(fā)明一種新的架構(gòu)，使其能夠擴(kuò)展到單個(gè)鏈路之外。此次，研究人員率先通過中間節(jié)點(diǎn)連接了兩個(gè)量子設(shè)備，并在多個(gè)獨(dú)立量子設(shè)備之間建立了共享糾纏。

在該研究中，中間節(jié)點(diǎn)(稱為“鮑勃”)與兩個(gè)外部節(jié)點(diǎn)(稱為“愛麗絲”和“查理”)均有物理連接，可與這些節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)建立糾纏鏈路。“鮑勃”配備了一個(gè)可用作存儲(chǔ)器的額外量子比特，從而可在建立新鏈接時(shí)存儲(chǔ)先前生成的量子鏈接。在建立量子鏈接“愛麗絲”—“鮑勃”和“鮑勃”—“查理”之后，“鮑勃”處的一組量子操作將這些鏈接轉(zhuǎn)換為“愛麗絲”—“查理”量子鏈接?；蛘?，通過在“鮑勃”處執(zhí)行一組不同的量子操作，可以在所有3個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立糾纏。

該網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征是它通過“標(biāo)志”信號(hào)宣布成功完成了這些協(xié)議。這對(duì)可擴(kuò)展性至關(guān)重要，因?yàn)樵谖磥淼?span id="kemk22m" class="keyword">量子互聯(lián)網(wǎng)中，許多這樣的協(xié)議都需要串聯(lián)起來。研究人員索菲·赫爾曼斯說，一旦建立鏈接，我們就能夠保存由此產(chǎn)生的糾纏態(tài)，保護(hù)它們免受噪音干擾。“這意味著，原則上，我們可以將這些狀態(tài)用于量子密鑰分發(fā)、量子計(jì)算或任何其他后續(xù)的量子協(xié)議。”

這是第一個(gè)基于糾纏的量子網(wǎng)絡(luò)，為研究人員開發(fā)和測(cè)試量子互聯(lián)網(wǎng)硬件、軟件和協(xié)議提供了一個(gè)獨(dú)特的試驗(yàn)臺(tái)。研究人員表示，未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)量子設(shè)備和中間節(jié)點(diǎn)組成。

QuTech的研究人員已經(jīng)在做與現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施兼容性的相關(guān)研究。當(dāng)前的原理驗(yàn)證方法將在QuTech的量子互聯(lián)網(wǎng)演示器上進(jìn)行測(cè)試，其中第一條城域鏈路計(jì)劃于2022年完成。未來，研究人員將專注于在3個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中增加更多的量子比特，并增加更高級(jí)別的軟件和硬件層。

關(guān)鍵詞： 量子節(jié)點(diǎn)