科学家们距离这一目标又近了一步和互联网一样多通过创建世界上第一个多节点量子网络。
荷兰 QuTech 研究中心的研究人员创建了该系统，该系统由三个量子节点组成，这些节点被幽灵般的定律纠缠在一起。量子力学控制亚原子粒子。 这是第一次使用两个以上的量子位或“量子位”来进行计算已作为“节点”或网络端点链接在一起。
研究人员期望第一个量子网络能够解锁现有经典设备无法执行的大量计算应用，例如更快的计算和改进的密码学。
有关的：12 个令人惊叹的量子物理实验
“这将使我们能够联系荷兰代尔夫特理工大学创建该网络的 QuTech 研究团队成员 Matteo Pompili 告诉《Live Science》：“为了获得更多的计算能力，可以创建不可破解的网络，并将原子钟和望远镜以前所未有的协调程度连接在一起。”
“还有很多我们无法真正预见的应用程序。例如，其中一个可能是创建一种以安全方式运行选举的算法。”
就像传统计算机比特是数字信息的基本单位一样，量子比特是量子信息的基本单位。 与比特一样，量子比特可以是 1 或 0，代表二态系统中的两个可能位置。
但相似之处仅此而已。 由于量子世界的奇异定律，量子位可以以 1 和 0 状态的叠加存在，直到被测量的那一刻，它会随机塌陷为 1 或 0。这种奇怪的行为是关键量子计算的力量，因为它允许一个量子位同时执行多个计算。
有关的：物理学中 18 个最大的未解之谜
将这些量子位连接成量子网络的最大挑战是建立和维护一个称为， 或者是什么艾尔伯特爱因斯坦被称为“幽灵般的远距离行动”。
这是当两个量子位耦合时，将它们的属性联系起来，这样一个粒子的任何变化都会引起另一个粒子的变化，即使它们相距很远。
您可以通过多种方式纠缠量子节点，但一种常见的方法是首先将固定量子位（形成网络节点）与光子或光粒子纠缠，然后再向彼此发射光子。 当它们相遇时，两个光子也会纠缠在一起，从而使量子位纠缠在一起。 这绑定了相隔一定距离的两个固定节点。 对其中一个所做的任何更改都会通过对另一个的即时更改反映出来。
“幽灵般的超距作用”让科学家可以通过改变远处纠缠伙伴的状态来改变粒子的状态，从而有效地跨越大间隙传送信息。
但维持纠缠状态是一项艰巨的任务，特别是纠缠系统始终面临着与外界相互作用并被退相干过程破坏的风险。
这意味着，首先，量子节点必须在称为低温恒温器的设备内保持在极冷的温度下，以尽量减少量子位干扰系统外部的可能性。 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，从而破坏了两个节点之间发送的信号。
“问题是，与经典网络不同，你无法放大量子信号。如果你试图复制量子位，你就会破坏原始副本，”庞皮利说，他指的是物理学的“不可克隆定理”，该定理指出这是不可能的创建未知量子态的相同副本。
“这确实将我们发送量子信号的距离限制在数十数百公里。如果你想与世界另一端的某人建立量子通信，你将需要在两者之间设置中继节点。”
为了解决这个问题，该团队创建了一个具有三个节点的网络，其中光子本质上将纠缠从外部节点之一的量子位“传递”到中间节点的量子位。 中间节点有两个量子位 - 一个用于获取纠缠态，另一个用于存储纠缠态。
一旦一个外部节点和中间节点之间的纠缠被存储，中间节点就会用它的备用量子位纠缠另一个外部节点。 完成所有这些后，中间节点纠缠其两个量子位，导致外部节点的量子位纠缠。
但在经典的“过河谜题”上设计这种奇怪的量子力学旋转是研究人员遇到的最小的麻烦——当然很奇怪，但这个想法并不是太棘手。 为了制造纠缠光子并以正确的方式将它们发射到节点，研究人员必须使用复杂的镜子和激光系统。 真正困难的部分是减少系统中烦人的噪声以及确保用于产生光子的所有激光器完全同步的技术挑战。
Pompili 说：“我们正在讨论为每个节点配置三到四个激光器，因此开始需要 10 个激光器和三个低温恒温器，以及所有电子设备和同步装置，它们都需要同时工作。”
三节点系统特别有用，因为内存量子位允许研究人员在网络上逐个节点地建立纠缠，而不是一次性完成所有这一切的更苛刻的要求。 一旦完成，信息就可以通过网络传输。
研究人员的一些新网络的下一步将是尝试这种信息传输，同时改进网络计算能力的基本组成部分，以便它们可以像常规计算机网络一样工作。 所有这些都将决定新量子网络可以达到的规模。
他们还想看看他们的系统是否允许他们在代尔夫特和海牙这两个相距大约 6 英里（10 公里）的荷兰城市之间建立纠缠。
“目前，我们所有的节点彼此之间的距离都在 10 到 20 米 [32 到 66 英尺] 之内，”Pompili 说。 “如果你想要有用的东西，你需要行驶数公里。这将是我们第一次在长距离之间建立联系。”
研究人员于 4 月 16 日在期刊上发表了他们的发现科学。
相关内容：
