來自荷蘭QuTech的一個研究小組報告說，第一個多節(jié)點量子網(wǎng)絡實現(xiàn)了，這個量子網(wǎng)絡連接了三個量子處理器。此外，他們還實現(xiàn)了關鍵量子網(wǎng)絡協(xié)議的原則證明。他們的發(fā)現(xiàn)是未來量子互聯(lián)網(wǎng)的一個重要里程碑，現(xiàn)已發(fā)表在《科學》雜志上。

互聯(lián)網(wǎng)的力量在于它可以連接地球上的任何兩臺計算機。如今，世界各地許多實驗室的研究人員都在努力開發(fā)第一版量子互聯(lián)網(wǎng)，該網(wǎng)絡可以在很長的距離上連接任意兩個量子設備，例如量子計算機或傳感器。當今的互聯(lián)網(wǎng)以0或1的比特分配信息，而未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將同時使用0和1的量子比特。

研究人員在量子網(wǎng)絡節(jié)點之一上工作，在該節(jié)點上，反射鏡和濾光片將激光束引導至鉆石芯片。

研究小組成員博士生馬特奧·蓬皮利（Matteo Pompili）說："量子互聯(lián)網(wǎng)將開辟一系列新穎的應用，從無法破 解的通信和具有完全用戶隱私的云計算到高精度的計時功能，"。"就像40年前的互聯(lián)網(wǎng)一樣，現(xiàn)在可能有很多我們無法預見的應用�！�

走向無處不在的連接

在過去的十年中，通過將兩個共享直接物理鏈接的量子設備鏈接在一起，邁出了向量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的第一步。但是，能夠通過中間節(jié)點（類似于經(jīng)典Internet中的路由器）傳遞量子信息對于創(chuàng)建可擴展的量子網(wǎng)絡至關重要。此外，許多有前途的量子互聯(lián)網(wǎng)應用都依賴于分布在多個節(jié)點之間的糾纏量子比特。糾纏是在量子尺度上觀察到的現(xiàn)象，從根本上連接了小距離甚至遠距離的粒子。它為量子計算機提供了巨大的計算能力，它是在未來的量子互聯(lián)網(wǎng)上共享量子信息的基本資源。通過在實驗室中實現(xiàn)量子網(wǎng)絡，QuTech的一個研究小組——由代爾夫特理工大學和TNO合作——率先通過中間節(jié)點連接了兩個量子處理器，并在多個獨立的量子處理器之間建立了共享糾纏。

操作量子網(wǎng)絡

原始的量子網(wǎng)絡由三個量子節(jié)點組成，它們在同一建筑物內相距一定距離。為了使這些節(jié)點能夠作為一個真正的網(wǎng)絡運行，研究人員不得不發(fā)明一種新穎的架構，該架構能夠擴展到單個鏈接之外。

中間節(jié)點（稱為Bob）與兩個外部節(jié)點（稱為Alice和Charlie）都有物理連接，從而允許與這些節(jié)點中的每一個建立糾纏鏈接。Bob配備了一個額外的量子比特，可以用作存儲器，從而可以在建立新鏈接時存儲先前生成的量子鏈接。建立了量子鏈接Alice-Bob和Bob-Charlie之后，Bob的一組量子運算將這些鏈接轉換為量子鏈接Alice-Charlie；或者，通過在Bob處執(zhí)行一組不同的量子運算，可以建立所有三個節(jié)點之間的糾纏。

以后備用

網(wǎng)絡的一個重要特征是它通過“標志”信號宣布成功完成了這些（本質上是概率性的）協(xié)議。這種預示對于可擴展性至關重要，因為在未來的量子互聯(lián)網(wǎng)中，許多這樣的協(xié)議都需要串聯(lián)起來。 “一旦建立，我們就能保留由此產(chǎn)生的糾纏狀態(tài)，保護它們免受噪音干擾�！� 團隊的另一位成員索菲·赫爾曼斯（Sophie Hermans）表示，“這意味著，原則上，我們可以將這些狀態(tài)用于量子密鑰分配，量子計算或任何其他后續(xù)的量子協(xié)議。

合著者馬特奧·蓬皮利（Matteo Pompili）（左）和索菲·赫曼斯（Sophie Hermans）（右），都是羅納德·漢森（Ronald Hanson）小組的博士研究生，站在一個量子網(wǎng)絡節(jié)點旁。

量子互聯(lián)網(wǎng)演示者

這是第一個基于糾纏的量子網(wǎng)絡，為研究人員提供了開發(fā)和測試量子互聯(lián)網(wǎng)硬件、軟件和協(xié)議的獨特測試平臺。 “未來的量子互聯(lián)網(wǎng)將由無數(shù)的量子設備和中間節(jié)點組成，”領導該研究團隊的羅納德·漢森（Ronald Hanson）說， “ QuTech的同事已經(jīng)在研究與現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎架構的未來兼容性�！痹谶m當?shù)臅r候，將在QuTech的量子互聯(lián)網(wǎng)演示器上使用現(xiàn)有的電信光纖在實驗室外對當前的原理驗證方法進行測試，其第一條城域鏈路計劃于2022年完成。

更高層次

在實驗室中，研究人員將致力于將更多的量子比特添加到其三節(jié)點網(wǎng)絡中，并致力于添加更高級別的軟件和硬件層。 蓬皮利說：“一旦開發(fā)了用于運行網(wǎng)絡的所有高級控制和接口層，任何人都將能夠編寫和運行網(wǎng)絡應用程序，而無需了解激光器和低溫恒溫器的工作原理，這就是最終目標�！�

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