美量子通訊網(wǎng)絡項目曝光中、美、歐全面加入量子互聯(lián)網(wǎng)競爭

互聯(lián)網(wǎng)的問世只不過幾十年的時間，已經(jīng)極大地改變了人們的工作和生活方式，塑造了文明新樣態(tài)。下一步它又將如何“進化”？量子互聯(lián)網(wǎng)將會是一個重要的方向。

10月26日，一家名為 Quantum Xchange的創(chuàng)業(yè)公司表示，它已被允許接入沿美國東海岸運行的 500 英里（805 公里）光纖電纜，用以為美國創(chuàng)造該國的首個州際、商用量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution(QKD)）網(wǎng)絡。

美國最新量子互聯(lián)網(wǎng)項目：華盛頓到波士頓 800 公里的試驗田

美國的這次量子互聯(lián)網(wǎng)建設的主角是Quantum Xchange，這是一家位于馬里蘭州貝塞斯達的量子通信提供商。Quantum Xchange 計劃在今年年底前啟動和運行量子網(wǎng)絡，并提供商業(yè)服務。

Quantum Xchange 利用了量子密鑰分發(fā)(QKD) 技術，這是未來端到端加密技術的有力競爭者。根據(jù)他們的描述，和其他處于研發(fā)中的方案不同，基于他們的這種技術，Quantum Xchange 的量子網(wǎng)絡現(xiàn)在就可用，而且此方案彌補了目前加密技術中的一些不足之處。 Quantum Xchange 使用的 QKD 方法通過以經(jīng)典比特發(fā)送編碼消息來工作，而解碼它的密鑰以量子比特的形式發(fā)送。

在具體的操作過程中，Quantum Xchange 選擇與美國的光纖網(wǎng)絡巨頭 Zayo 合作，共同“改造”波士頓和華盛頓之間的一段光纖，幫助華爾街的金融家們與在新澤西州附近的后臺業(yè)務建立交流成為可能。

但是，由于 Quantum Xchange 具體公開的技術細節(jié)并不多，其能否實現(xiàn)它所宣稱的這些效果，仍有待進一步驗證。

荷蘭 QuTech 量子互聯(lián)網(wǎng)：2020 年完成 4 城互聯(lián)

歐洲量子互聯(lián)網(wǎng)建設中的核心成員是來自荷蘭的 QuTech。這是一家研究量子科學的頂尖學術機構，由荷蘭代爾夫特理工大學（TU Delft）和荷蘭應用科學研究機構（TNO）共同運作。

QuTech 計劃構建代爾夫特和其他 3個荷蘭城市之間的量子互聯(lián)網(wǎng)，給出的時間表是 2020 年。

目前的量子密鑰分發(fā)仍然存在局限性。光子在大氣層和光纖中的傳輸總是存在衰減，因此傳輸距離通常無法超過幾十千米。

維爾納和漢森領導的 QuTech 研究團隊意圖克服此局限，建立完全以量子技術進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕ヂ?lián)網(wǎng)。他們依靠的物理原理是“量子隱形傳態(tài)”（Quantum Teleportation）。盡管該原理聽上去有點科幻，但是基于量子糾纏、量子隱形傳態(tài)確確實實可以實現(xiàn)。

當前，有很多方法可以產(chǎn)生糾纏態(tài)的量子比特。漢森領導的 QuTech 硬件創(chuàng)新團隊使用包含特定氮空缺的顯微合成鉆石來制造量子比特，鉆石中的缺陷能產(chǎn)生可以長距離傳輸?shù)墓庾印?/p>

然而，該方案面臨巨大的科學和工程挑戰(zhàn)。由于兩個城市之間的光纖鏈路可能要繞行很遠，因此必須制造出存活距離遠遠超過兩個城市之間直線距離的糾纏光子。

當然，研究團隊還是取得了相當?shù)倪M展。2015 年 6 月，該團隊聲稱，他們已經(jīng)能將 2 個電子發(fā)送到相距幾米的 2 個地方，而且每秒鐘可以進行 40 次發(fā)送。這次實驗證明，滿足實際需要的量子糾纏網(wǎng)絡是可能建立起來的。

QuTech 的工作對新近發(fā)起的“歐洲量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟”（Quantum Internet Alliance (QIA)）項目產(chǎn)生了很大影響。維爾納也正在積極尋求合作伙伴，意圖建立一個“能令地球上任意兩點之間實現(xiàn)量子通信的全球網(wǎng)絡”。

全球量子互聯(lián)網(wǎng)競賽方興未艾

在過去幾年，中國同樣在 QKD 技術方面取得了令人矚目的成就：2017 年，分別位于北京和維也納的 2 個地面站借助“墨子”號量子技術試驗衛(wèi)星實現(xiàn)了密鑰傳輸，用于解密通過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送的加密視頻。在這個過程中，任何試圖竊聽密鑰的做法都會毀壞密鑰，導致視頻無法被解密；除了“墨子”號衛(wèi)星，中國還建立了北京和上海之間的地面量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡——“京滬量子干線”，全程2000余公里，為銀行和其他企業(yè)提供敏感數(shù)據(jù)安全傳輸服務。兩者結(jié)合，標志著我國在全球已構建出首個天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡雛形。

潘建偉和維也納大學的 Anton Zeilinger教授領導的兩個研究組，目前也正在開展合作創(chuàng)建第一條連接亞洲和歐洲的跨洲際量子通信網(wǎng)絡。如果這一目標得以實現(xiàn)，兩國的科學家將在全球建立起量子互聯(lián)網(wǎng)的第一條連接。除此之外，中國也在計劃建立珠海和香港之間的無“可信節(jié)點”的量子通信網(wǎng)絡。

但我們需要清楚地意識到，無論是Quantum Xchange、QuTech 還是潘建偉團隊，他們都在致力于建成量子互聯(lián)網(wǎng)這一目標，但距離實現(xiàn)它都還有一定距離。