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荷兰 QuTech 研究中心的研究人员创建了世界上第一个多节点量子网络 ，于4月16日在《科学》杂志上发表了他们的成果，使人类距离量子互联网更近了一步。
在量子计算机网络中进行计算的两个以上的量子比特被链接在一起成为节点，该系统由三个量子节点组成。量子网络能够运行现有传统设备无法执行的大量计算应用程序，例如更快地计算、改进加密技术、创建无法入侵的网络等。
传统计算机中的“位”是数字信息的基本单位， 而量子位则是量子信息的基本单位，可以是1或0，表示两个状态、系统中的两个可能位置。
得益于量子世界的奇异定律，量子位可以以1和0的叠加形式存在， 直到被测量的那一刻，量子位将随机塌陷为1或0。 它允许一个量子位同时执行多个计算，是量子计算强大能力的关键。
将量子位链接到一个量子网络中，最大的挑战是建立和维持一个称为“纠缠”的过程。 当两个量子位耦合的时候、它们的性质相互关联，即使彼此相隔很远，一个粒子的任何变化也会引起另一个粒子同样的变化。 这使得科学家可以通过改变纠缠伙伴的状态、从而有效地传送信息。
可以通过多种方式纠缠量子节点，一种常用的方法是先将静止的量子比特与光粒子纠缠在一起，然后相互发射光子。当它们相遇时，两个光子发生纠缠，从而纠缠了量子位。但是，保持纠缠状态是一项艰巨的任务，因为纠缠的系统会有干扰外界的风险，并且会被称为“不相干性”的现象所破坏。
这意味着必须将量子节点保持在极低温度下，在称为低温恒温器的设备内，最大程度地降低量子位干扰外界的可能性。其次，纠缠中使用的光子在被吸收或散射之前无法传播很长的距离，从而破坏了在两个节点之间发送的信号。
根据物理学中的“非克隆定理”，复制量子比特是不可能的，因为复制的前提是测量，而测量一般会改变该量子的状态。 这限制了可以发送量子信号的距离，如果想建立量子通信，则需要建立中继节点。
为了解决该问题，该团队创建了一个具有三个节点的网络，其中光子实质上将纠缠从外部节点之一的量子位“传递”到中间节点的一个量子位。中间节点有两个量子位-一个用于获取纠缠状态，另一个用于存储纠缠状态。一旦存储了一个外部节点与中间节点之间的纠缠，则中间节点将其备用量子位与另一个外部节点纠缠在一起。完成所有这些操作后，中间节点将其两个量子位纠缠在一起，从而导致外部节点的量子位被纠缠。
为了使纠缠的光子以正确的方式发射到节点上，研究人员不得不使用复杂的反射镜和激光系统，每个节点使用了三到四个激光器，真正困难的部分是确保所有激光器都完全同步。
研究人员的下一步工作将是尝试进行信息传递，同时改善网络计算能力的基本组成部分，以便可以像常规计算机网络一样工作。目前，所有节点之间的距离都在10至20米之间，将要测试在10公里的距离上建立纠缠。
量子通信是量子 科技 三大方向之一，经过20多年的努力，中国在该领域实现了从跟跑到领跑的重大转变。
近日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”牵手“京沪干线”，我国科研团队成功组建了世界上首个天地一体化的广域量子通信网络，实现了长达4600公里的综合通信链路距离跨越，也为我国未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实基础。这一成果在国际学术期刊《自然》发表。《自然》杂志审稿人评价称，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信“巨大的工程性成就”。
日前，在腾讯新闻“空天计划”推出的《星空对话》栏目第四期上，北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面试验验证系统副总设计师卢鋆，对话中国科学院院士，量子科学实验卫星工程常务副总设计师、卫星总指挥，中科院上海技术物理研究所研究员王建宇，针对量子通信的技术突破和应用，展开了深入剖析和解读。
王建宇表示，许多人对于量子通信都存在一定误解。事实上，量子通信是现有通信技术的补充，并不能完全替代它们，它的作用是给普通的通信技术提供一种在密钥分发过程当中无法破译的密码。之所以现在叫“量子通信”是因为最早的时候名称是从国外直接翻译过来，Quantum Communication被翻译成了量子通信， 其实更严谨的说，量子通信就是产生一种不可破译的密码。
量子通信作为排头兵走在通信技术、信息革命的最前列，它是一个非常重要的突破点。那么，这个突破点的核心在哪儿？
对此，王建宇解释， 上个世纪初有两个非常著名的物理学上的重大发现，一个是爱因斯坦创建的家喻户晓的“相对论”，还有一个就是量子力学。 量子力学作为四大力学之一，起到了非常大的作用，而且爱因斯坦本身就是量子力学的发明人之一，他的第一个诺贝尔奖的获奖原因就是提出了光电效应，提出了光是粒子化的，这就是量子力学的一个核心概念。
“虽然量子力学并没有像相对论那么广为人知，但是在大学的课程中量子力学是必修课程，它揭示了微观世界粒子运动的规律。可以这么说，如果没有量子力学，就没有现在的半导体工业，大家每天在用的手机，都不会存在。”王建宇说。
近些年量子力学又热起来的原因是在量子力学理论中，存在很多理论上可以推导出来，但是现实上还不能解释的现象。近几年来，由于物理和 科技 的发展，很多现象可以通过实验去解释了，甚至可以为我们所用，这相当于量子力学又迎来了新一轮的革命。
“这也是我们现在所说的所谓‘量子信息学’，它包含了以下三大部分：量子通信、量子计算、量子测量。”王建宇说。
对于未来量子通信领域的发展，王建宇认为，产 业发展是很复杂的一件事情。大家目前很看好量子这个赛道，投资市场也比较火爆。 但让量子真正产业化，它的门槛比较高，还会有很多困难。如果是补充作为密钥，真正做起来市场也是巨大的。在量子测量、导航应用方面，还有一些量子成像、量子雷达等，首先会在国家安全上得到一些应用，也会出现一些相应的产品。投资量子领域是好事，但是风险也要看得到。
未来，在量子计算包括量子探测领域，还有哪些发展和 探索 ？王建宇指出，首先，在量子测量方面，量子探测要用的就是量子陀螺，目前很多人都已经在做了，它比传统的陀螺高几个数量级。其次，量子定位可以通过量子的办法降低干扰，提高精度。同时，用量子的方法也可以做重力场的传感器，这也可以提高精度。第三，在遥感领域有一种新的量子成像，理论上可以对传统遥感成像理论提出一些挑战，但是它离真正达到现在成像的效果还有很多路要走，原理已经有所突破。量子测量非常实用，是具有潜力的发展领域。
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