量子互联网引发全球关注 各国竞相布局

发布时间:2022年06月03日
       近日, 美国能源部发布了题为《建设国家量子网络引领通信新时代》的报告, 提出了10年内建设全国性量子互联网的战略蓝图, 希望确保美国处于引领全球量子竞赛的前沿, 引领通信新时代。 .根据美国能源部的说法, 量子互联网利用量子力学定律比现有网络更安全地传输信息, 几乎无法破译。它将对未来的科学、工业和国家安全等关键领域产生深远影响。消息一出, 引发了诸多疑问:量子互联网到底是什么?它将给世界和我们的日常生活带来什么影响?量子互联网发展的道路上会遇到哪些障碍?信息不能被窃取和复制, 安全系数上海交通大学综合量子信息技术研究中心(IQIT)主任金贤民解释说, 量子互联网由大规模分布式量子节点和链接的量子通道组成每个节点, 用于实现通信、计算、计量等各种量子增强技术。 .长期以来, 实用的量子互联网一直是量子信息科学领域追求的目标之一。金贤敏说。早在 2018 年, 《科学》杂志就发表了《量子互联网:发展愿景》一文, 描绘了量子通信网络发展的蓝图。文章称, 量子互联网并不是对现有互联网的简单替代, 而是一种有盾牌的新型基础设施。中国量子通信领域领军人物、中国科学院院士潘建伟在2019年接受媒体采访时也提到了量子互联网。他说:众所周知, 互联网是一个用于传输、处理和存储经典信息的全球系统。量子互联网可以以同样的方式传输、处理和存储量子信息。量子比特和量子纠缠(量子比特相互连接的状态)将是量子互联网的基础资源。美国能源部的报告中提到, 由于量子互联网有特殊的接入方式, 每次接入都会留下不可磨灭的痕迹, 因此被称为最安全的互联网。根据潘建伟的解释, 从实际应用的角度来看, 量子互联网的首要任务是以无条件安全的方式进行全局密钥共享。克隆定理, 一个未知的量子态不能被复制, 但一旦被测量就会被破坏。所以一旦有人偷窃并试图自己读取量子密钥, 它必然会被发现。据了解, 量子互联网不仅可以用来传输加密信息, 还可以支持基于云的量子计算, 有望在多个领域大显身手。美国能源部的一份报告显示, 其准备建设的量子互联网将首先应用于银行和医疗服务领域, 未来有望应用于国家安全和飞机通信领域。报告称, 最终,

在手机中使用量子网络技术可能会对每个人的生活产生广泛的影响。此外, 创建超灵敏的量子传感网络可以帮助更好地检测和预测地震,

或在地下寻找石油、天然气或矿产。专家称, 量子互联网是一步步演进的我们将继续整合量子计算、量子传感、测量等多种功能, 最终形成包括量子安全网络、分布式量子计算、量子传感器网络在内的全量子网络。
       美国能源部在报告中表示, 人们正在形成共识, 即量子互联网是 21 世纪最重要的技术前沿之一。全球瞩目, 各国争相布局。鉴于量子互联网的高安全性和广泛的应用领域, 世界上许多国家都在开发这种新的通信方式。今年 2 月, 美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家在芝加哥郊区成功建造了一个 52 英里长的纠缠光子量子环,

这是迄今为止美国最长的陆基量子网络之一。该网络将很快与能源部的费米实验室连接, 形成一个 80 英里的三节点试验台。此外, 石溪大学和布鲁克海文国家实验室与劳伦斯伯克利国家实验室合作, 已经建立了一个 80 英里的量子网络试验台, 并正在积极扩展该网络。量子互联网也引起了其他国家的关注。荷兰、加拿大、日本、韩国、俄罗斯等国家和欧盟也在加紧部署量子网络建设。 2016年5月, 欧盟提出欧洲量子技术旗舰计划, 总投资约10亿欧元。主要目标之一是在 10 年内建立一个量子互联网。此外, 据俄罗斯《消息报》网站今年4月报道, 俄罗斯将利用俄罗斯铁路的基础设施建设量子互联网平台。台湾, 平台试点区将于2021年启动, 金融机构、国家集团、生产企业和基础设施可能是首批用户。近年来, 我国也大力发展量子通信技术, 在量子通信领域取得了令人瞩目的成就:2017年,

京沪干线工程, 全球首条量子保密通信骨干线, 总长度为2000多公里, 通过总技术验收;今年6月, 中国科学技术大学潘建伟课题组利用全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”, 在国际上实现了基于纠缠的无中继千公里量子保密通信。金贤民认为, 这些成果对我国量子互联网建设具有重要意义, 也标志着我国量子互联网研发达到国际先进水平。实用性的关键在于中继器。然而, 量子互联网的发展之路并非一帆风顺。金贤民指出:针对量子互联网发展中的挑战, 科学家们一直在努力解决两个关键问题。一是光子通过长距离光纤传输, 传播中的损耗随距离呈指数增长;另一个是光量子态的产生。概率的。这两个问题使得量子互联网的实际运行非常低效。
       据了解, 量子互联网需要在量子通信、量子精密测量、量子计算等领域全面突破。金贤民表示, 从长远来看, 真正实现全量子互联网实用化的关键仍然在于量子中继器。简单地说, 两个处于纠缠态的量子无论相距多远都有关系, 其中一个量子当一个状态发生变化时(例如人们测量它时), 另一个状态会立即相应地发生变化。假设信息的接收者和发送者各有一个光子, 它们各自发出一个纠缠光子作为中介, 使两个中介光子纠缠在中继器中, 那么剩下的两个光子也会形成纠缠关系。 .在信息通信领域, 量子中继器是一个广义的概念, 它就像信息高速公路上的加油站, 主要通过纠缠交换、纠缠净化和量子存储等基础技术实现对量子态的纠缠操纵, 帮助信息传输到更远的距离, 从而打破了量子通信距离的限制。今年 3 月, 哈佛大学和麻省理工学院的研究人员在《自然》杂志上发表了一项研究, 其中提到, 从本质上讲, 量子中继器是一种小型、专用的量子计算设备, 它必须能够高效地捕获和处理量子信息并长期存储足以将它传送到数千公里之外。
       金贤民研究团队一直致力于量子中继器实际应用的关键问题, 实现了可在室温下运行的混合架构宽带量子存储网络,

对量子互联网的实际应用具有重要意义。据报道, 该成果已于今年上半年发表在《科学进展》杂志上。
       金贤民进一步指出, 构建实用的量子存储器的挑战来自于需要同时满足高内存带宽、长寿命、高效率和低噪声的要求, 更重要的是能够在室温下工作是一个困难而深远的步骤。在量子技术越来越成熟、接近商用的今天, 我国的量子技术研究不断取得突破。未来, 我们期待充分利用基于实用量子中继器的量子互联网, 通过构建更多节点和提升节点性能, 使量子互联网具有完全可扩展性和丰富的量子信息处理能力。通过共同努力, 最终实现全球量子互联网。金贤敏说。