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下一代量子互联网

发布时间:2018/12/6 10:58:53 访问次数:1597

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量子计算机?量子计算机是一种能够以惊人速度破解非常困难计算问题的机器——超越了今天的"经典"计算机。

在传统计算机中,信息单元被称为二进制"位",可以是1或0值。但在量子系统中,信息单元则相当于量子位(qubit),它与传统计算机的异同是,可以同时是1和0值。这种现象为同时进行多重次计算敞开了方便之门。

然而,量子位需要通过被称为"量子"的量子效应来进行同步,阿尔伯特·爱因斯坦将其称为 "幽灵般的超距作用"。

目前正在开发的量子计算机有四种类型,它们采用的是:

●光粒子

●捕获离子

●超导量子位

●钻石氮空缺中心http://jialina.51dzw.com


量子计算机能支持大量的有用应用程序运行,例如能够模拟出许多化学反应,为发现新药物提供理论支持; 为医疗保健业开发新成像技术,更好地检测人体内疑难杂症; 或者能加速电池设计、新材料和柔性电子产品的创新开发。池化计算能力量子计算机一般比传统计算机功能都要强大,但有些应用程序要求的计算能力甚至比量子计算机本身所能提供的容量还要大。如果你让量子设备实现相互通信,那么你就可以将几台量子计算机连接在一起,并将它们的能量集中起来形成一台巨大的量子计算机。

然而,由于目前四种不同类型的量子计算机才刚刚处于构建起步阶段,它们还不能在没有任何背景支持的情况下实现交互通讯。

一些科学家倾向于完全基于光粒子(光量子)的量子互联网,其他科学家们认为,在光与物的相互作用下才能使量子网络的构建变得更容易。

新加坡国立大学量子技术中心主任调研员约瑟夫·菲茨西蒙斯(joseph fitzsimons)在接受bbc采访时表示:"光对通讯的传输更好,但物质量子位更适合(程序)处理。"

"你即需要让网络运转起来,又得建起信号错误校正系统,但要让它们产生重叠交互是很困难的。"

菲茨西蒙斯说,将所有信息存储在光子中是非常昂贵和困难的,因为光子不能相互看到,只会走直线,而不发生相互碰撞。相反,他认为使用光进行通信更容易,同时用电子或原子(物质)存储信息。量子加密量子加密能使通信变得更加安全量子互联网的关键应用之一将是量子密钥分发(qkd),即使用一对纠缠光子生成密钥,然后用一种不可能使量子计算机遭到破解的方式对信息进行加密。

这项技术已经存在,并于2015年12月由新加坡国立大学和英国斯特拉斯克莱德大学的一组研究人员在空间首次做过演示。http://www.jialinadianzi.com

但是,我们需要构建的不仅仅是加密工具,而是为了保障在量子通信中的信息安全。

科学家们也在从事"盲量子计算机协议"的研究,因为该协议允许用户在电脑上隐藏任何他们想要的东西。

菲茨西蒙斯说:"你可以写点东西,把它发送到一台远程电脑上,而拥有电脑的人除了知道运行时间和使用了多少内存外,根本泄露不了任何信息。"

"这很重要,因为当量子计算机首次出现时,可能数量会有很限,所以人们会想到,要操作远程程序运行,就像我们今天在云计算中所做的那样。"

建立量子网络有两种不同的方法——一个基于陆地网络,一个基于空间网络。

利用这两种方法,常规的位数据在当今互联网上都能很好地被发送出去,但是如果我们想要在将来发送量子位数据,那就要复杂得多。

要发送光粒子(光量子),我们可以在地面使用光纤电缆。但是光信号在长距离传输过程中会发生衰减(一种被称为"消相干"的现象),因为光纤电缆有时会吸收光子。

通过每隔50公里建设一座"中继站"的办法,就有可能绕开消相干现象。这些中继站基本上具有微型量子实验室的作用,在将信号发送到网络的下一个节点之前,它们会尝试修复信号。但是这个系统会有其自身的复杂性。陆地还是空间?一个地面站向墨子卫星发射含有光信号的信息接下来是空间网络。假设你想从英国本土向澳大利亚一个朋友发送信息,则需要从英国地面站将光信号传输到一个装有光源的卫星上。 接收到光信号的卫星再将光信号发送给另一颗卫星,然后该信号才能被传送到澳大利亚地面站,最后,通过地面量子网络或传统网络传输给这位朋友。

"因为卫星之间没有空气,所以不会降低信号质量,"杰米·维卡里(jamie vicary)博士说,他是牛津大学计算机科学系高级研究员,也是网络量子信息技术中心(nqit)成员。"如果我们想要拥有一个真正的全球规模的量子互联网,就只能基于空间解决方案,这是唯一可行的方法,只是它的造价太过于昂贵。"

通过太空进行量子隐形传输已经获得成功,科学家们目前正在竞相进行更长距离的可行性研究。

奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的高级小组组长鲁伯特·乌尔辛(rupert ursin)认为,量子互联网将需要以陆地和太空为基础的网络并行运作。他解释说:"在城市里,我们需要一个光纤网络,但是长距离上的传输则需要通过卫星来连接覆盖。"量子密钥分发是如何工作的?2017年9月29日,奥地利和中国科学家之间的视频通话为了理解量子密钥分发(qkd)的工作原理,让我们回到奥地利与中国科学家之间的视频通话上。墨子卫星利用其光源将在奥地利地面站和中国地面站间建立起一个光链路。然后它就能产生一个量子键。

量子加密的伟大之处在于,在信息被传输到你的终端之前,你就能检测到是否有人想试图拦截此信息,以及有多少人想试图访问该信息。

墨子卫星可以告诉我们加密很安全,没有人能窃听到视频通话。然后,它使用密钥对数据进行加密,并通过一个公共互联网通道传输数据。路由消息多组科学家正在开发陆基网络,他们正在研究量子中继台技术,这些基站每隔50公里设置一个,并通过光纤电缆进行连接。

这些中继站,也称"量子网络节点",将需要执行几个动作,以便在整个网络中选出路由,引导信息送达目标地。

首先,每个节点需要修复和增强在上一个50公里网络中遭到损坏的信号。http://tenghaowy.51dzw.com

假设您正在使用一台旧传真机将一页文档发送给其他人,你每次发送页面时,其信息会有不同部分的丢失,而另一方则必须从所有失败中尝试将信息片段连接起来。

这与在量子网络不同节点上发送消息的方式相类似。2017年9月29日,奥地利和中国科学家之间的视频通话网络上会有很多人,他们都在试图相互交谈。因此,节点或中继站也必须弄清楚如何分配可用的计算能力,以便将所有消息拼在一起向外发送。这些信息还要在量子互联网和传统互联网之间传输信息。

荷兰的代尔夫特大学(tud)正在利用钻石中氮空位构建一种量子网络,到目前为止,这种网络在超长距离上的存储和分配量子通信所需的链接能力非常强。

目前,牛津大学和马里兰大学都在建造量子计算机,它们的工作方式与网络相似。他们的量子计算机由捕获离子节点组成,这些节点已经与网络连接起来,能够完成相互通信工作。

你想要的计算机越大,所需节点添加程度就越多,但是这种类型的量子计算机只能在很短的距离内传输数据。

我们想让量子计算机体积变小,这样它们就能受到很好地保护而不至于脱散。但如果体积过小的话,又不能容纳很多的量子位," 维卡里(vicary)博士说。 "如果我们把网络中的节点连接起来,那么我们仍然可以拥有一台量子计算机,而不受量子位的限制,同时还能保护节点。"量子存储器中继站也需要有一个量子存储芯片。这些节点创造了"链接",它由光粒子纠缠对组成。这些纠缠对的配对是事先准备好的。

当节点计算跨越整个网络路由时,就需要有信息接收,这时便需要将光子纠缠对存储在一个安全的地方,这样就需要配备一个量子内存芯片。它必须能让储存光子的时间越长越好。罗斯·阿尔弗德特博士和副教授马修·塞拉斯的在澳大利亚国立大学研究稀土晶体高分辨率染料激光器澳大利亚国立大学(anu)的研究人员已经开发出一种与电信兼容的量子存储芯片,使用的是一种掺饵晶体。这种装置能够以正确的颜色储存光线,而且它能够持续超过一秒以上的时间,这比迄今为止所有其他尝试的时间要长1万倍。

澳大利亚国立大学量子计算和通信技术中心(cqc2t)的项目经理马修·塞拉斯matthew sellars教授在接受bbc采访时表示,"目前最大的挑战是如果能够采用大的数据存储容量来完成量子存储器功能。" "这种内存存储容量会限制通过网络的数据传输速率。

塞拉斯预测, "我认为,量子互联网技术还需要大约5年的时间才能完成。"

一种超级电脑能更快速地解决当下机器所解决不了的问题,这已经不是幻想了。目前,世界各地的实验室都在争相开发"量子计算机"。但是科学家们却已经提前迈出了下一步,他们正在考虑构建一个靠光子进行信息传输的量子互联网,这种互联网必须要有同样的超级速度。

在发明技术装置过程中,从技术开发的角度来说很不容易,但量子通信的确是一项很有吸引力的研究领域,因为该技术能保证我们发送的信息会更加安全。

若想让量子互联网变成现实,得首先解决几个问题:

●在量子计算机之间实现互通互联

●让通信变得安全,避免黑客攻击

●在长距离传输信息时不会丢失部分信息http://jiahongwei668.51dzw.com

●路由信息能跨越整个量子网络.文章出自:环球译眼

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