各国纷纷加码量子互联网竞赛，第一名会是西班牙吗？

吉姆·里科塔 (Jim Ricotta)，阿里罗 (Aliro) 首席执行官（图片来源：网络）

最近的突破性实验成果只是量子互联网加速发展阶段的最新工作进展。

6月初，西班牙和中国的研究人员同时发表了两项独立的量子中继器开发突破论文，这似乎是一个令人惊讶的巧合。然而，这两个实验均标志着全球加速向量子互联网竞赛的最新成果。

究竟什么是量子互联网纠缠：量子互联网的基础资源

经典互联网将比特（bit）从发送方传输到接收方，而量子互联网则分发纠缠。纠缠是一种量子现象，可以将量子位/量子比特远距离交织在一起。分发量子纠缠服务 (EaaS) 的能力是量子互联网的核心。

虽然没有与经典网络直接类比，但 EaaS 代表了量子网络 (QN) 提供的基本服务，就像由 TCP/IP 定义当今互联网提供的核心服务一样。EaaS 使用量子中继器网络将量子网络用户与长距离的纠缠量子位连接起来。

借助 EaaS，在连接到量子互联网的节点上运行的应用程序能够按需请求纠缠。EaaS 网络通过在节点之间分布成对的纠缠光子来建立纠缠。一旦建立，纠缠将允许通信交换而无需物理传输。

为什么我们需要量子互联网？实现不可破解通信的承诺

这种在 EaaS 网络上传送信息的能力，无需物理传输就能使量子网络“无法破解”。对于传统的威胁，如窃听或“中间人”攻击，根据物理基本定律不可能做到。当我们构建了更强大的量子计算机，今天传输的数据，即使加密了，也可能在未来某个时期被黑客入侵，解决方案就是开发一种长期、且能保证量子安全的一种安全结构，例如 EaaS 网络。

值得注意的是，EaaS 网络超越了现有的量子密钥分发 (QKD) 网络。今天的 QKD 网络只有单一用途，专门设计用于支持量子密钥的分发。EaaS 网络提供纠缠服务，可以作为一种资源被各种应用程序使用。此外，EaaS 网络使用隐形传态来传输量子位，还能提供额外的安全层。最后，EaaS 网络支持比QKD网络更通用的拓扑结构和更远的距离传播，且不会影响其安全性。为了支持远距离通信，QKD网络依赖于受信任的节点，如果网络由第三方（例如服务提供商）管理，这可能会危及安全性。EaaS 网络使用量子中继器建立直接纠缠，这意味着网络用户不需要依赖网络提供商。

通过联网的量子计算机进行高性能计算

EaaS通过将许多小型量子计算机联网来解决更大的问题，从而实现可扩展的分布式量子计算。例如，使用 EaaS 联网量子计算机可以将 10 台 50 量子比特的量子计算机变成一台 500 量子比特的机器。通过这种方式，量子互联网将推动高性能计算 (HPC) 的革命，有可能在人工智能、医学、材料、物流等领域实现突破。

为何量子中继器对量子互联网很重要？量子中继器：积木

为了通过量子互联网在全球范围内分发EaaS，我们需要实用的量子中继器。在经典网络中，比特沿着光纤电缆传输，随着信号被吸收，长距离传输开始失去可靠性。所以在节点之间插入中继器以测量从一侧传入的信号，复制后以更高的功率将其重新传输到另一侧，我们就可以在很长的距离内可靠地传输信息。虽然“损失”也是量子网络中的一个问题，但由于在物理学里也无法以同样的方式解决：量子信息不能在不被破坏的情况下被复制，同时，这也被称为不可克隆定理。

量子中继器是基于纠缠交换的概念，使用隐形传态通过本地连接的中继器链创建长距离纠缠，然后将一系列短程纠缠转换为单个长程连接。

最近量子中继器研究有何“突破”？实用的量子中继器

6月份，量子中继器的发展取得了飞跃，当时有两组研究人员在实用量子中继器方面分别取得了突破。目前为止，实用的量子中继器已被证明难以捉摸。在最近的出版物中，这两组研究人员展示了可能落地实际应用的量子中继器新平台。

仅仅产生纠缠是不够的。量子中继器还需要以高速率、与现有电信基础设施兼容的方式，并延长量子位存储时间来实现。根据最近的这两项进展，该领域向实用型量子中继器又迈进了一步，而量子中继器也是搭建量子互联网的关键要素。

一场全球竞赛

这两项突破性实验只是量子互联网发展阶段的最新工作进展。从技术上来说速度很快，2020 年全球范围内都取得了多项进展：中国研究人员使用卫星演示了1000公里的安全量子网络；包括IonQ和Rigetti在内的量子计算公司宣布了设备联网的计划；荷兰研究人员发布了基于量子纠缠交换的多节点网络，最近，东芝发布了超过600公里光纤的安全量子链接。

由于政府们争相想要成为第一个开发量子互联网技术的国家，就此推动了一波高涨的热情。美国参议院最近通过一项规模高达2500亿美元的研究资助法案《创新与竞争法案》(Innovation & Competition Act），该法案不仅包括对量子技术的资助，还明确了要在量子互联网等前沿技术方面超越中国。世界各国政府都保持着类似的紧迫感来发展量子互联网。

当前，建立量子互联网的竞赛已经成为大众的焦点，因为该技术已达到部署第一个量子网络的准备水平。不可破解的通信密钥和可扩展的量子计算等应用前景吸引了政府和商业圈的高度兴趣。虽然还有很多工作要做，但量子网络领域的发展速度比我这30年职业生涯中目睹的任何新技术发展都要快。

吉姆·里科塔（Jim Ricotta）

吉姆，获康奈尔大学的电气工程本科学位和哈佛大学的 MBA 学位，因开发Avid Technology的数字视频编辑系统方面的杰出工程成就而获得艾美奖。他还是一位经验丰富的初创公司 CEO、董事会成员和财富500强部门总经理。

在加入阿里罗（Aliro）之前，他是五家风险投资支持的公司首席执行官，这些公司的退出金额超过10亿美元。吉姆在各个阶段筹集了风险投资、招募和领导管理团队，将产品和服务推向市场，以此获客并增加收入。他在新领域推出了公司和产品线，并以10亿美元的价格成功地将新兴网络业务出售给了思科和IBM。

发布作者：吉姆·里科塔

编译：慕一

编辑：王珩

注：本文编译自“The Quantum Daily”，文章中的信息或所表述的观点意见，均不代表量子前哨同意或支持。​