未来以量子信息的组成的量子互联网(量子互联怎样样)

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光子盒研讨院出品


量子计较机在40年前就被提出，可是还没有在天下上发生任何实在的影响他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。研讨职员正在尽力从必须连结接近绝对零度的系统中获得大量的处置才能他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

但与此同时，量子信息学界已经在尽力超越单个量子计较机的下一步：一个可以将它们毗连在一路工作的互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

你已经可以在互联网上与大量的尝试量子计较机交换了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。例如，亚马逊的AWS Braket答应你在分歧的量子处置器(D-Wave、IonQ或Rigetti)上构建和测试量子算法，大概利用模拟器他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。微软在Azure上做了类似的工作，IBM也让用户体验他们的量子系统他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

使命完成了吗？没有他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

同享自力量子计较机的输出是一回事；将量子计较机毗连起来是另一回事他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

量子计较的气力在于具有大量的量子比特，量子比特的值直到计较竣事才肯定他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如你能把这些“活的”量子比特联系起来，你就把量子计较机的内部联系起来了，你现实上缔造了一个更大的量子计较机他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。


“很难建造充足大的量子计较机来处理实在的大题目，”互联网开创人之一Vint Cerf在接管采访时说他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

这个题目更难，由于量子天下会发生毛病：“你需要大量的物理量子比特来制造数目少很多的逻辑量子比特——由于纠错需要大量的物理量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

所以，我们确切需要让我们的量子计较机变得更大他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

但我们希望链接“活的”量子比特，而不但仅是同享量子计较机的输出他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们想要在不破坏波函数的情况下，散布计较机的内部状态，这意味着分派纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

量子互联网意味着获得量子效应，并经过收集停止分派他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这被证实是很是复杂的——可是能够很是强大他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在谷歌工作的Cerf说：“纠缠的分派将促进量子计较机的扩大，理论上，假如你能将纠缠分派到更多分歧的量子机械上，你便可以制造出更大的量子系统他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

可是有一个题目他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

有几种方式可以为量子计较机的成长构建量子比特，包括超导约瑟夫森结、俘获离子量子计较机和基于光子的计较机等他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它们都有一个配合点，它们必须与外界隔离，才能发挥感化他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

量子比特必须连结一种量子相关的状态，在这类状态下，一切的量子态都可以存在，就像薛定谔著名的悖论中的猫一样，既死又活——只要箱子连结封闭他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。那末若何和一个密封的箱子相同呢？



像谷歌这样的科技公司和天下各地的大学都在摸索量子互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

欧洲有量子互联网同盟(QIA)，由包括QuTech在内的多个大学和机构组成，美国有Q-Next，这是美国国家量子信息科学计划，由芝加哥大学教授David Awschalom带领他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

美国能源部以为这个题目很重要，并应当供给资金，并支持Q-Next的首要合作伙伴阿贡国家尝试室的项目他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Q-Next已经经过52英里的光纤链路同享了量子态，这条光纤链路已经成为未来能够的国家量子互联网的焦点他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

欧洲的QIA也获得了一些成功，包括第一个毗连三台量子处置器的收集，量子信息经过QuTech量子信息学研讨所建立的中心节点传输他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。马克斯·普朗克研讨所(另一个QIA成员)操纵单个光子同享量子信息他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在美国阿贡国家尝试室，来自芝加哥大学的科学家Martin Suchara的量子通讯研讨获得了美国能源部的帮助他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但他认可了传输量子信息的困难他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Suchara说：“不成克隆定理说，假如你有一个量子态，你不能复制它，这确切是一个很大的工程应战他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


随着大量工作的停止，我们起头看到量子互联网的眉目他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

但除了技术上的困难，还有另一个风险他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。一切这些机构都可以建立几个不兼容的量子互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这将变节最初的互联网理念他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

互联网以“大略共鸣和运转代码”而著名他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。工程师们在将它们牢固下来之前，确保它们可以工作，而且可以在多个系统中复制他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

35年来，确保代码运转的机构一向是互联网工程使命组(IETF)他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它是为我们的举世神经系统(global nervous system)制定标准的机构他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

自从互联网出现以来，IETF已经公布了被称为“RFC”(收罗定见)的标准他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这些标准界说了收集协议，确保你的电子邮件和视频聊天可以被其他人接收他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

假如我们想要有一个量子互联网，我们将需要一个RFC来规定量子计较机若何通讯他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

现在，对于IETF的理论工程师和协议设想师来说，这太不切现实了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。是以，量子互联网的先驱们把他们的想法带到了IETF的姐妹构造——前瞻性互联网研讨使命组(IRTF)他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

IRTF有一个量子互联网研讨小组(QIRG)，有两个主席：日本庆应义塾大学教授Rodney Van Meter和代尔夫特QuTech的Wojciech Kozlowski他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。QIRG一向在静静地关注着将引入全新的收集扶植方式的成长他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

QIRG的文件《量子互联网的架构道理》(Architectural Principles for a Quantum Internet)提到：“正是量子比特的传输在实在的量子收集和经过典范收集毗连的量子计较机调集之间划清了界限，量子收集被界说为一组节点，这些节点可以相互交换量子比特并分派纠缠态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

这项工作引发了颤动他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Kozlowski说，在新冠肺炎让IETF停息面临面会议之前，QIRG集会吸引了相当多的人加入，“但更多的是出于猎奇他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


量子收集的根基道理是分派纠缠，这可以用来在分歧位置之间同享量子比特的状态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Suchara诠释说：“窍门在于，你不间接传输对你来说如此珍贵的量子态：你分派纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。两个光子纠缠在一路，处于一个明白的状态，根基上将它们联系在一路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。然后你经过收集传输这对光子中的一个他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

他继续说：“一旦你在通讯的端点之间分派纠缠，你便可以利用所谓的量子隐形传态来传输量子态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它本质上是消耗了纠缠，将量子态从A点传输到B点他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Kozlowski说：“量子数据自己从未现实进入收集他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它被间接传送到远端他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Kozlowski指出，传输量子比特使人兴奋，但分派纠缠是最根基的工作他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

“例如，量子密钥分发可以在基于纠缠的收集上运转，而无需任何隐形传态，很多其他利用也是如此他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。大大都量子利用协议都是从说‘我有一堆状态’起头的，隐形传态只是利用这些状态的一种方式他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”



2020年末，Kozlowski与代尔夫特的同事合著了一篇论文，提出了一个量子互联网协议，该协议经过将分派纠缠置于一个类似于分层仓库(OSI或TCP/IP)的框架中，界说了典范收集上的通讯，从而开创了一个重要的先例他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

他告诉我们：“我们提出的协议栈很洪流平上遭到了TCP/IP或OSI的启发他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。每一层的界说略有分歧，但在底部有一个物理层，它试图发生纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

“尝试”这个词很重要，他说：“很多时辰城市失利他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。然后，我们有一条链路负责在两个量子中继器或一个端节点和一个量子中继器之间的单个链路上运转他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。物理层会说‘我失利了’，大概‘我成功了’他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。链路层将负责治理，终极说，‘嘿，我为你缔造了纠缠’他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

该协议必须跟踪分歧节点上纠缠的量子比特，这就带来了一个并行收集通道：“分派纠缠的一个重要方面是，终极构成纠缠对的两个节点必须赞成它们的哪些量子比特与哪些量子比特纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。不能随意利用任何纠缠的量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

“人们必须可以在协议中识别一个节点上的哪个量子比特与另一个节点上的哪个量子比特纠缠在一路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如不跟踪这些信息，那末这些量子比特就毫无用处他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

“假定这两个节点天生数百个纠缠对，但其中只要两个是指定给特定利用的，那末该利用必须从协议栈中获得正确的量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。而且那两个量子比特必须是相互纠缠的，而不但仅是另一个节点上的任何随机量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

典范互联网必须像这样传输调和信号，但它可以将它们放在每个数据包的报头中他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这在量子互联网上是不成能发生的，所以“报头”信息必须在一个平行的通道上他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

“对量子来说，软件和收集协议之所以困难，是由于人们可以设想一个数据包，它有一个量子比特作为有用载荷，并有一个报头他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但它们永久不会在同一个通道上传输他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。量子比特在量子通道上传输，而报头在典范通道上传输他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


Kozlowski说：“在介入量子收集的一切节点之间建立典范信道是一个困难的要求他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

在其协议设想中，代尔夫特团队操纵典范互联网上的报头与量子互联网上的量子有用载荷差池应的机遇，Kozlowski说:“我们挑选了一种稍有分歧的方式，在这类方式中，信令和控制消息不间接耦合他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们确切有包括控制信息的数据包，就像报头一样他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但是，分歧的是，它们纷歧定有一个有用负载毗连到它们他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

在理论中，这意味着量子互联网将始终需要典范互联网来照顾报头信息他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。每个量子节点也必须在典范互联网上他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

是以，量子互联网将在量子平面上具有量子信息，而控制平面将在典范互联网上并交运转，处置完成量子比特纠缠分派所需的典范数据他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。


代尔夫特的发起连结了通用性，将远程传输放在最上面，作为一个在量子互联网上运转的利用法式，而不是作为一个较低层的办事他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Kozlowski说，早期的想法倡议在传输层中包括隐形传输，但“我们还没有提出这样的传输层，由于很多利用甚至不需要隐形传输量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

代尔夫特的论文提出了一种传输层，它只是间接在纠缠对上操纵，以供给远程操纵等办事他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在阿贡国家尝试室，Suchara的项目着眼于标准工作，并赞成这些原则：“量子互联网协议栈应当是什么样的？”他问道他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“它极能够在某些方面类似于OSI模子他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。将会有多个条理，最低层的某个协议部分将必须控制硬件他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

像Kozlowski一样，他看到了底层治理中继器节点中的光子探测器和量子存储器他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在此之上，他说，“最顶层是利用法式他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。为了量子隐形传态的成功，你必须采纳某些行动他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这是最顶层他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

“然后中心有一切的工具，让光子穿过收集他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如你有一个复杂的拓扑结构，有多个收集节点，你想要超越点对点的通讯；你需要多个用户和多个利用法式他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Suchara说，整理中心层会发生很多开放性题目:“若何有用地完成这项工作？这就是我们想要回答的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

在这个阶段几近没有分歧的风险，但在代尔夫特，Kozlowski的同事们，包括量子收集的带领者Stephanie Wehner，现实上已经起头编写终极量子互联网的代码他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。在写这篇文章的时辰，QuTech的研讨职员颁发了一篇论文《利用量子收集仓库停止纠缠传输的尝试演示》他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“我们的成果标志着从物理尝试到量子通讯系统的明显改变，这将使未来量子收集的组件的开辟和测试成为能够他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


将此付诸理论带来了下一系列题目他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。分派纠缠依靠于光子，量子互联网研讨职员将其称为“飞翔量子比特”，将它们与终极系统中的静止量子比特(称为“物资量子比特”)停止对照他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

光子的利用听起来让人安心他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这是光他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这和我们在典范互联网上经过光缆传输的工具是一样的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。尝试室中首要的量子比特技术之一是基于光子的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

可是这里有一点分歧他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。首先，我们在量子标准上工作他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。经过典范收集发送的一个比特将是一束光，包括数百万个光子他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。飞翔量子比特由单个(纠缠)光子组成他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Suchara说：“在典范通讯中，你只需将你的比特编码成数千个光子，大概建立比特的额外副本，但在量子天下里，你不能这么做他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。你必须用单个光子来编码一个量子态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如单个光子丧失了，你就落空了你的信息他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

还有，收集需要晓得飞翔量子比特能否已经成功发射他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这意味着晓得纠缠能否已经实现，而这需要量子先驱所说的“预示纠缠天生存划”（heralded entanglement generation scheme）他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在光纤上利用单光子有其范围性他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。跨越几千米，那是不成能的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。是以，量子互联网研讨职员提出了“纠缠交换”他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。一系列被称为“量子中继器”的中心系统被建立起来，这样一对量子中继器的远端可以被频频传送，直到到达目标地他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

这仍然不完善他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。副本的保真度会下降，是以利用多个量子比特，并在一个称为“量子纠错”的进程中“提取”他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Suchara说，在某种水平上，这仅仅意味着反复这个进程，直到它起感化他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“你有这些纠缠的光子，你传输它们他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如这些纠缠对中的一部分——甚至很大一部分——丧失了，那也没关系他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。你只需要让其中的一部分经过他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Kozlowski赞成:“分派纠缠之所以有用，而量子比特分派却不起感化，是由于当我们分派纠缠时，它是以一种已知的形式存在的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它处于我们所称的贝尔态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。是以，假如一个失利了，假如一个丧失了，它只会再次发生他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

量子中继器必须处置纠错和提取，以及路由和治理他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

可是终端节点会更复杂，Kozlowski说：“量子中继器必须发生纠缠并停止一点纠缠交换他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。终端节点必须具有杰出的量子存储容量，该存储器可以包容量子比特并现实履行当地处置指令和操纵他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。除了发生纠缠，还可以在其上履行利用法式他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


量子收集还必须处置其他现实题目，比如计时他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。由于今朝发生纠缠的方式，它们将需要难以置信的时候同步他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

发生纠缠比发送单个光子更复杂他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。大大都发起的计划都是从链路的每一端发送一个光子，在中点建立一个纠缠对他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Kozlowski说：“这两个节点将光子发射到一其中心站点，两个光子必须在同一时候在中心站点相遇，几近没有容限，由于它们相距越远，纠缠的质量就越低他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

他不是在恶作剧他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。纠缠需要同步到纳秒的精度，时钟发抖比纳秒还快他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Kozlowski说，供给按时的最好方式是将其包括在物理层中他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但有一个题目：“应当只同步一条链路吗？还是应当将全部收集同步到纳秒级？明显，将全部收集同步到纳秒级是困难的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这能够是需要的，但我直觉上会说这不是需要的，我想将这类纳秒级同步限制到每个链路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

在更大的范围内，量子收集有着快速运转的现实需求他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。量子存储器的寿命很短，由于一个量子比特只要在与情况隔离时才能延续他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Kozlowski说：“一般来说，人们也希望尽能够快地完成一切工作，缘由很简单，量子存储器寿命很短他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

收集化量子系统必须以充足快的速度产天生对的贝尔态，以便在存储的量子比特衰变之前完成工作他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但建造纠缠对的进程仍然很慢他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。在这项技术获得改良之前，量子收集系统的成就将会越来越小，由于它们之间的间隔越来越远他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

“时候是一种高贵的资本，”QIRG文件称他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“终极，量子存储器的寿命为操纵量子节点的扩大收集带来了一些最困难的条件他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

正如Vint Cerf所说:“谷歌在量子计较机方面的工作停顿顺遂他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。另一些人则在研讨保存纠缠态的量子继电器他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。重要的题目是要连结充足长时候的相关性以获得答案他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。请留意，虽然量子纠缠具有明显的间隔无关特征，但量子收集确切有光速的限制他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。光子在量子收集合移动需要时候他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如纠缠态随时候消失，那末光速提早就是缘由之一他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


假如不对峙标准，互联网就不是互联网了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。是以，QIRG将“同质性”作为一项应战他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。终极的量子互联网，就像明天的典范互联网一样，不管你用的是谁的硬件，都应当运转杰出他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

分歧的量子中继器要协同工作，分歧品种的量子计较秘密能利用收集，就像互联网不会告诉你用什么笔记本电脑一样他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

今朝，毗连分歧品种的量子系统是未来的方针，Kozlowski说:“今朝，它们必须不异，由于分歧的硬件设备对它们可以保持的光学相互感化有分歧的要求他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。当它们进入光纤时，它们被转换到电信频次，然后当它在另一端时又被转换返来他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。当一个必须在两个分歧的设备之间集成时，故事变得加倍复杂他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

他说：“今朝正在停止的工作是实现答应分歧硬件平台间串扰的技术他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这是一个方针他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。由于这是一个很是早期的阶段他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们只需要接管我们所面临的限制他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。很多时辰，编写软件是为领会决短刻日制，而不是为了实现这些更高的方针，即完全平台自力和物理层自力他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

通讯也必须是平安的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。在典范互联网上，平安是事后才斟酌的题目，由于像Cerf这样的互联网先驱是在一个慎密联系的社区工作的，每小我都相互熟悉他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

凭仗35年的互联网经历，QIRG从一路头就努力于平安扶植他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。荣幸的是，量子密码技术是高度平安的——而且几近依照界说在量子收集上工作他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

除此之外，QIRG还想要一个有弹性且易于监控的量子互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Suchara说：“我以为科学界和潜伏用户介入标准化会议很是重要，由于有一些重要的架构决议需要做出——而且不清楚若何做出他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


量子互联网将在当地启动他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Riverlane公司的首席履行官Steve Brierley说，虽然QIRG正在斟酌跨越数千米，但量子计较草创公司可以在更小的收集合看到这类用处他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Riverlane公司急于毗连充足大的量子计较机来做现实工作他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Brierley说：“这个概念是建立功用杰出的模块，然后将它们联网在一路，今朝，这将在同一个房间，甚至能够在同一个制冷机里他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

他继续说：“这类水平的收集能够在未来五年内实现，究竟上，明天已经有这样的例子了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

除此之外，远间隔量子收集会发生提早他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。正如前文提到的，这将限制我们所能做的工作，由于量子数据是很是长久的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

今朝，没有几多人能介入进来，Kozlowski说:“硬件今朝仍在尝试室中，而不是真正在里面他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

可是，对于那些尝试室的研讨职员来说，Kozlowski说:“有很多工作要做”，而且工作“很是复杂”他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。每小我都在应战极限，但当你想将其与典范互联网的范围和范围相比时，它仍然是根本的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的Andreas Wallraff教授用一根实在的管道在两台制冷机之间发送微波信号他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

马克斯·普朗克研讨所已经展现了量子隐形传态，将量子信息从一个量子比特传输到50米外的尝试室他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在QuTech大学，Stephanie Wehner教授展现了一个“链路层”协议，它经过底层量子收集供给牢靠的链路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。QuTech展现了一个量子收集，其中两个节点经过一其中心中继器毗连起来他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

在美国阿贡国家尝试室，Suchara在建立牢靠通讯方面的尽力无疑是一个小小的起头他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。他正在研讨同享量子态，今朝还不筹算间接毗连任何量子计较机他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

对他来说，第一件事是让系统充实同步，以处置根基的量子通讯：“有了FPGA板，我们已经有了一个在尝试室工作的时钟同步协议他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们希望在收集合实现这类时钟同步——我们以为我们项目标第一年将专注于此他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Suchara以为远程量子计较行将到来：“行将发生的工作是毗连位于分歧城市或相隔甚远的量子计较机他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

理想情况下，他以为长链路将利用不异的协议套件，但他认可，短链路能够需要分歧的长间隔协议：“对于短间隔和长间隔通讯，触发通讯的中心层能够分歧他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。但我要说的是，构建一个尽能够通用的协议套件是很重要的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我可以告诉你，让典范互联网如此成功的一件事是可以互联异构收集他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Suchara已经在研讨异质性：“量子信息的编码有分歧的范例他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。一种是持续变量他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。另一种是离散变量他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。你可以在持续变量和离散变量系统之间停止夹杂纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们希望摸索将这些系统毗连起来的理论协议，并做一个演示，答应在阿贡尝试室量子链路收集上传输这两品种型的纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

阿贡团队有一个量子收集模拟器来尝试各类想法：“我们有一个协议的工作原型他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。还有一个模拟器，可以评价替换协议设想他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这是一个可供社区利用的开源工具他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们的计划是继续用新功用扩大模拟器他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”


由于纠缠发生和中继器的缺点，以及长光纤上的单个光子终极会丧失的究竟，使量子收集延长到长间隔将是困难的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

“这是一个技术限制，”Kozlowski说他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“给我们充足的时候，硬件将充足好，可以在越来越远的间隔上分派纠缠他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

不清楚我们多快能到达那边他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。Kozlowski估量，基于纠缠的量子收集能够会在10到15年内实现他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

这现实上是一个快速的改变，量子互联网将跳过曩昔几十年在典范天下中的频频实验他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。从分层协议栈和软件界说的收集起头他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

超越散布式量子计较的一步，将是更难的一步，由于今朝量子计较机大多利用超导或俘获离子量子比特，而这些量子比特自己并不与光子相互感化他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。



在这个阶段，这一切听起来能够太复杂了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。为什么这么做？

Kozlowski教授诠释了量子互联网不是什么：“它的目标不是取代典范互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。由于，就像量子计较机不会取代典范计较机一样，某些工作在典范上做得相当好他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。没有需要用量子取代它他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

量子互联网的一个副产物能够是对典范收集的改良：“在我看来，我们应当操纵这个机遇来改良典范控制协议的OSI模子的某些方面，”Suchara说他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

“例如，当前互联网的一个题目是控制平面的平安性他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我以为，假如你重新设想，这是一个很好的机遇，在控制平面中建立更多的平安机制，以进步鲁棒性他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。明显，几十年来，互联网在几近一切可以设想的方面都做得很好，但仍有一点需要改良，那就是控制平面的平安性他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

Kozlowski赞成这一点，并指出量子密钥分发已经存在，还有其他量子密码原语，可以供给更好的认证和更平安的链路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

而计时的改良也能够带来益处，包括缔造更长的基线射电千里镜和其他巨型行星仪器他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

最大的代价能够是散布式量子计较，但Kozlowski听起来很谨慎：“今朝还不是100%清楚若何停止计较他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们必须首先弄清楚，相对于一台大型计较机，我们若何在1万台计较机上停止计较他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

可是Steve Brierley希望看到大型、适用的量子计较机，其高性能计较(HPC)远远跨越今朝使人印象深入的成就他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

Brierley说，由于明天的HPC系统，“我们不再‘发现’飞机，我们利用流体动力学来设想它们他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。我们有一个根基物理模子，我们利用HPC来求解那些方程他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

假如量子计较机到达产业范围，Brierley相信它们可以给其他范畴带来一样的结果，例如医学，我们还不能充足快地求解方程他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

他说：“我们仍在‘发现’新药，我们已经破译了人类DNA序列，但这只是一部分清单他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”缔造一种药物意味着找到一种化学物资，由于其外形和电特征，这类化学物资可以锁定卵白质上的特定位点他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。可是猜测这些相互作意图味着求解活动华夏子的方程他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

他说：“卵白质随着时候移动，这为份子缔造了更多的连系位置，量子力学告诉我们份子和卵白质、原子和电子将若何随时候移动他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。可是我们没有计较机来解这些方程他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。正如理查德·费曼所说，除非我们建造一台量子计较机，否则我们永久也做不到他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

他说，一台可以发现任何新药物的量子计较机很是值得支出尽力：“假如量子计较机唯一能做的工作是优化一些物流线路，大概处理一个我们已经晓得答案的数论题目，我会感应失望他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。”

为了实现这一方针，我们真正需要的是一台散布式量子计较机他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。为此，我们需要量子互联网他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。


代尔夫特理工大学量子计较研讨所QuTech有一个通往量子互联网的线路图他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

1.根本量子收集

即使在交换量子信息之前，具有可信中继器的典范收集也可以停止量子密钥分发他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

2.量子收集原型

当纠缠被用来有用地与另一个位置同享一个量子比特时，实在的量子收集就起头了他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。量子中继器利用不成克隆定理来进一步分派纠缠以覆盖更远的间隔，并在任何位置同享一个量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

3.高级量子收集

量子存储器到来，可以存储量子信息一段时候他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。这将支持隐形传态和盲量子计较，以及量子时钟同步他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。存储器寿命和毛病率的进步使得简单的散布式量子计较成为能够他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。每个端节点都有一台完全成熟的量子计较机，完全散布式量子计较是能够的他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。


1.量子比特

典范数据用比特暗示，比特可所以0或1，而量子数据用量子比特暗示，量子比特是一种“叠加”他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。它们以1和0组合的形式存在他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。当你有多个量子比特时，一切能够的状态同时存在他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

2.纠缠

当两个粒子纠缠在一路时，它们具有不自力的量子态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。当它们相距很远时，对一个粒子的丈量会立即影响到另一个粒子他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。爱因斯坦称之为“鬼魂般的超距感化”，量子互联网开辟者称之为量子信息交换的好方式他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

3.贝尔对

两个高度纠缠的量子比特是一个“贝尔对”(以物理学家约翰·斯图尔特·贝尔命名)，它可以有四个值他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。假如这两个量子比特是分隔的，那末这对量子比特的状态可以经过肆意一个终端节点中的操纵来改变他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

4.丈量

叠加是强大的，可是发生了一个题目他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。在一个典范系统中，你可以随时检察一点他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。在量子系统中，丈量的行为破坏了叠加态——有用地竣事了任何纠缠，并将量子比特酿成了一个普通的比特，要末是1，要末是0他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

5.不成克隆定理

落井下石的是，你也不能复制一个量子比特他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。“不成克隆定理”规定你不能缔造未知量子态的副本他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。是以，放大和传输信号的方式也必须有所分歧他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

6.隐形传态

虽然你不能读取或复制一个量子比特，可是你可以传送一个未知的量子比特状态——利用一个配纠缠对他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。源将它想要传输的量子比特与量子比特对的结尾纠缠在一路他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。目标地也是这样，纠缠对的一端被转换成未知的量子比特状态他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。由于初始量子比特状态被破坏，量子比特被“传输”(未复制)他早就发现系统有个隐藏的缝隙私下花了好几个早晨优化了代码。

这篇文章最早颁发在DCD杂志第43期：
https://www.datacenterdynamics.com/en/analysis/why-do-we-need-a-quantum-internet/