先进的量子网络可能成为量子互联网的原型

借助量子物理的力量，迄今为止建成的最复杂的量子网络之一将允许 18 人安全地进行通信。这项工作背后的研究人员表示，它为构建全球量子互联网提供了一条实用途径，但其他人对此表示怀疑。

期待已久的量子互联网将允许量子计算机 通过交换通过量子纠缠连接在一起的称为光子的光粒子来进行远距离通信。它还将允许量子传感器网络 进行链接，或使用经典计算机发送和接收不可破解的通信。但将量子世界连接在一起并不像铺设电缆那么简单，因为确保网络的一个节点可以与另一个节点纠缠在一起是一项挑战。

Now, Xianfeng Chen 中国上海交通大学的教授和他的同事展示了如何将两个量子网络连接在一起。首先，他们建立了两个网络，每个网络都有 10 个节点，所有节点都共享量子纠缠——实际上是两个微型版本的量子互联网。然后，他们牺牲了每个网络中的一个节点，将两个节点融合在一起形成一个更大的、完全纠缠的网络，在该网络中，剩余 18 个节点中的每一对都可以进行通信。

将 18 台经典计算机联网是一项简单的任务，只需要极其便宜的组件，但在量子世界中，它涉及在多个用户之间共享单个光子，并且计时如此精确，以至于需要尖端技术和专业知识。即使一对设备之间的通信很复杂，但允许 18 个用户中的任意一对设备进行通信是前所未有的。

研究人员在一篇关于他们工作的论文中写道：“我们的方法为跨不同网络的量子通信提供了关键的能力，并且有利于构建一个能够实现所有用户之间通信的大规模量子互联网。”研究人员没有回应置评请求。

正如研究人员所描述的，这种网络融合需要一个称为纠缠交换的过程。通过进行称为贝尔测量的特定观察，可以使光子量子纠缠。同时测量两对纠缠光子中每一对中一个光子的状态，有效地将链中最远的两个光子联系起来，但会耗尽测量到的光子，因为任何直接检查其状态的尝试都会破坏脆弱的量子平衡。

“这并不是第一次展示纠缠交换，”西达斯·乔希 (Siddarth Joshi) 说道 在英国布里斯托大学。 “他们所做的是创建了一个方案，您可以在其中以更方便的方式在网络之间进行交换。”

乔希表示，量子通信研究目前主要分为在两个设备之间以越来越远的距离发送信息，有时甚至在卫星上，并尝试创建协议和方法来在短距离内可靠地联网大量设备。这项研究属于后一个阵营。 “这两点都非常重要，”他说。

但罗伯特·杨 英国兰开斯特大学的教授表示，虽然其结果是一项非凡的技术成就，需要技能和大量资源，但他认为成本和复杂性使其不太可能成为未来大规模量子网络的原型。

“这离实用还很远，也离现实世界中可以实施的任何事情都还很远，”Young 说。 “这篇论文声称，这就是融合量子网络的未来，但要实现这一目标需要解决太多挑战，令人沮丧。”

一个问题是需要所谓的量子中继器来长距离发送信息。随着距离的增加，光子越来越多地在光纤电缆中丢失，并且由于量子信息无法读取和重新传输（因为测量破坏了光子的状态），因此信号无法沿着其路径增强。一个工作的量子中继器将允许信号被传送到更远的距离，但事实证明这些设备的建造是困难的。

“实际上，在构建量子网络时，我们知道我们确实需要某种形式的量子中继器，”Young 说，但该网络演示并未解决这一问题。