野心勃勃，全球首个量子互联网或将在荷兰诞生

1935 年，爱因斯坦和其助手发表了“EPR 悖论”，微观物理登上了学术研究的舞台。

而爱因斯坦提出的“量子纠缠”假说——即在一个系统中，粒子的状态是可以预测的，哪怕相隔甚远，其状态、行为也相互关联。利用“量子纠缠”，理论上可以做到信息的无障碍和超光速传播。爱因斯坦的论文引导物理学家们验证与完善量子物理学，并推动了后人对量子课题的研究，产生了量子光学、量子信息论、量子电子学以及量子信息科学等交叉学科。

图 | 量子纠缠现象已在实验室中得到验证，在钻石中就可以观察到量子纠缠现象。

QuTech 就是一家研究量子科学的顶尖学术机构，由荷兰代尔夫特理工大学和荷兰应用科学研究机构（TNO）共同运作，同时还是因特尔公司的研发合作伙伴。近日，QuTech 的研究员成功使两块量子芯片产生量子纠缠。该项目由 Qutech 的汉森实验室领导人 Ronald Hanson 教授主持。研究员开发了一组新型智能通信协议，能够根据需要产生量子纠缠并提供保护。这一发明有望创建世界上首个量子互联网。

由于对量子的任何操作都会改变量子的状态，所以任何窥探量子信息的行为都会留下马脚，进而被量子信息的接收者监测到。根据这一点，理论上可以构建一个壁垒森严的量子互联网。但是，按照世界上现有的量子实验能力，要实现量子网络有很大难度——网络产生的量子纠缠必须是可靠的，能够传递一定的信息量，并且能保持足够长的时间使得信息完好地传递到下一个量子节点。

QuTech 的研究员们率先展开了量子互联网的实验。在短短几秒内，要让相距两米的两个量子节点之间产生能够保持一定时长的量子纠缠。他们希望做到在理论上实现三个量子节点之间的关联。Hanson 教授表示，他们立志成为首个创建多节点量子网络雏形的研究团队。

图 | Hanson Lab 研究团队

在 2015 年，Ronald Hanson 的研究小组首次在长距离（1.3 公里）内产生了较为持久的量子纠缠，他们成功为量子纠缠提供了完整的实验证明。这个实验是他们目前开发量子互联网的基础，他们让钻石芯片上的电子以光子作为媒介产生量子纠缠。他们成功地让两个电子每隔一个小时产生一次纠缠，但是这种连接只能保持瞬间的活跃性，所以无法真正建立起量子网络，更不要说在网络中添加第三个乃至更多的节点了。

之后，研究员们进行了多项创新与改进。首先，他们实施了一种新的量子纠缠方法，使得相隔两米的电子之间产生每秒40次的纠缠，这比旧方法快了一千倍。他们首次让量子纠缠产生的速度快过了纠缠消亡的速度。同时，新方法还加入了保护量子纠缠免受外部噪音干扰的措施，这又解决了“噪音干扰”这一重大难题。他们不断完善技术，现在建立的节点已经可以随时根据需要进行量子纠缠。 Ronald Hanson 说，“我们现在所使用的互联网，必须保证随时随地能够和每个网络请求建立连接。同样地，只要占用整个通信过程的一小部分时间，就能通过无需任何人工操作的智能检查系统来确保量子节点的请求都得到连接，量子纠缠可一触即发。”

图 | 正在做量子纠缠实验的研究小组。左起：Ronald Hanson 教授, Peter Humphreys 博士和 Norbert Kalb 博士。

就在去年，Hanson 教授的团队已经能够在产生新连接的同时保护量子纠缠的链接，他们有信心实现具有两个以上节点的量子网络。Hanson 教授说：“我们计划与荷兰皇家 KPN 电信集团等合作伙伴一起努力，到2020年让量子网络覆盖荷兰的四个城市。我们将建立世界上第一个量子互联网。”

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编辑：黄张瀛

校审：戴青

参考：

https://phys.org/news/2018-06-scientists-demand-entanglement-link.html

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