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关于不可破解的量子互联网必须知道的一切

量子互联网是一个允许量子设备在使用量子物理学原理的环境中交换数据的网络。原则上,这将为量子互联网提供无与伦比的能力,而目前的网络技术很难实现这一点。

作者:Madhurjya Chowdhury 来源:企业网D1Net|2021-10-12 13:52

构建量子互联网听起来就像是科幻小说中的概念,但它却是世界各国的一个主要目标。对于密码学和安全优化问题,量子计算机具有很大的潜力。量子计算机将要实现的目标是什么,以及仍然面临哪些障碍?人们需要了解有关不可破解的量子互联网的一切。

什么是量子互联网?

量子互联网是一个允许量子设备在使用量子物理学原理的环境中交换数据的网络。原则上,这将为量子互联网提供无与伦比的能力,而目前的网络技术很难实现这一点。

数据可以在量子领域中使用量子比特进行编码,量子比特是在量子计算机或量子CPU等量子设备中产生的。简而言之,量子互联网将包括通过许多物理隔离的量子设备网络传输量子比特。由于量子态特有的奇异特性,实现这一切都是可能的。

这听起来很像普通的互联网。然而,通过量子通道而不是传统通道来传输量子比特基本上意味着要利用粒子最微小尺寸的行为——所谓的“量子态”,长期以来这一直让物理学家为之着迷和困惑。

为什么是量子互联网?

量子密钥分发(QKD)技术现在还处于起步阶段。目前,生成量子密钥分发(QKD)的标准方法是通过光纤电缆将量子比特单向传送到接收器,然而这严重限制了协议的有效性。

由于量子比特可能会很快丢失或分散在光纤电缆中,因此量子信号非常容易出错,并且很难远距离传输。实际上,当前的测试仅限于数百公里的范围。

作为量子互联网基础的另一种选择是使用另一种称为纠缠的量子特征来交换消息设备。

当两个量子比特连接和纠缠时,它们共享相互依赖的特性。即使量子比特被物理移除,当它们处于纠缠状态时,一个量子比特的每一个变化会导致另一个量子比特的状态发生变化。

因此,可以通过观察其纠缠对应物的活动来“读取”第一个量子比特的状态。在量子通信的设置中,纠缠可以有效地将一些数据从一个量子比特传输到其纠缠的另一半,从而消除了连接两个量子比特的物理链路的需要。

量子信息交换

简而言之,量子比特采用量子物理学的基本规则,其行为与经典比特大不相同,这一事实是量子通信的基础。

经典比特只能具有两种状态之一,因为它对数据进行编码。比特必须是0或1,像电灯开关必须打开或关闭一样。

而在另一方面,量子比特是叠加的:它们可能同时为0和1,处于传统时代不存在的量子态。矛盾的是,仅仅测量量子比特就会导致它被分配一个状态。一个被测量的量子比特,就像一个传统的比特一样,将会脱离它的双重状态并被降级为0或1。叠加是整个现象的名称,它是量子力学的核心。不幸的是,量子位无法传递人们习惯的数据类型,例如电子邮件和Facebook消息。

量子通信

安全性是使用量子比特的研究人员所追求的最有趣的话题之一。

对于传统通信,大多数数据通过向发送方和接收方提供共享密钥,然后使用该密钥加密消息来保护,接收者最后可以使用他们的密钥在他们的终端解密数据。

如今,大多数传统通信的安全性都建立在密钥生成过程上,虽然黑客很难破解,但并非不可能。这就是为什么科学家们试图使这种通信机制成为“量子”的原因。量子密钥分发是网络安全的一个新分支。

不可破解的量子互联网

基于量子物理的互联网将很快实现从根本上实现安全的通信。

近年来,科学家们发现了如何通过光纤电缆传输光子对,从而完全保护存储在其中的信息。

一个研究团队利用该技术的变体建造了一条连接北京和上海的2000公里通信线路。这项技术基于原子粒子的量子特性——纠缠。要解释纠缠光子而不破坏其内容是不可能的。在另一方面,缠结粒子很难产生,甚至更难在远距离传输。扩展网络的量子中继器需要提供更远距离的不间断连接。

结论

量子研究人员的目标是最初将网络扩展到国家层面,然后在未来扩展到全球层面。绝大多数专家都认为,这在未来几十年内不会发生。然而,构建量子互联网是一项长期的努力,需要克服很多技术障碍。然而,该技术无疑将在这条道路上带来不可预见的结果,这将带来一系列现在甚至无法预测的令人惊奇的量子应用。

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【责任编辑:姜华 TEL:(010)68476606】

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