这个系统让量子互联网成为可能

原文：https://www.sciencealert.com/scientists-just-leaped-closer-to-quantum-internet-with-a-three-node-network

科学家们创建了世界上第一个多节点量子网络，这意味着我们向量子互联网迈进了一步。荷兰QuTech研究中心的研究人员创造了这个系统。它由三个量子节点组成，通过支配亚原子粒子的量子力学法则进行纠缠。这是第一次将两个以上的量子比特作为节点连接在一起。

研究人员期望第一个量子网络能够突破现有的传统设备无法执行的大量计算应用程序，例如更快的计算和更先进的密码学。QuTech研究团队的成员Matteo Pompili说：“这个系统将使我们能够连接量子计算机并提高计算能力，创建无法入侵的网络。”未来还有很多我们无法真正预见的应用程序。

与传统计算机一样，比特是数字信息的基本单位，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，表示两个状态系统中的两个可能位置。而这同时也是相似之处的终结。由于量子世界的奇异规律，量子比特可以以1和0状态的叠加形式存在，直到它被测量的那一刻，那时它将随机坍缩成1或0。这种特性是量子计算能力的关键，因为它允许一个量子位同时执行多个计算。

将这些量子比特连接成一个量子网络的最大挑战是建立和维持量子纠缠的过程，或者阿尔伯特·爱因斯坦所说的“超距作用”。这是指两个量子比特处于耦合体时，它们的属性链接在一起，这样一个粒子的任何变化都会引起另一个粒子的变化，即使它们之间相隔很远。

可以用很多方法来纠缠量子节点。其中常见的方法是，在向对方发射光子之前，先用光子(或光粒子)来纠缠静止的量子(构成网络的节点)。当它们相遇时，这两个光子也变得纠缠在一起，从而使量子比特纠缠在一起。这就把相隔一定距离的两个静止节点结合在一起。一个节点的任何变化都会被另一个节点的瞬时变化所反映。

但是，保持纠缠状态是一项艰巨的任务，特别是因为纠缠的系统始终有与外界互动的风险，并且会被“不相干性”的过程所破坏。

为了解决该问题，该团队创建了一个具有三个节点的网络，其中光子实质上将纠缠从外部节点之一的量子比特“传递”到中间节点的一个量子比特。中间节点有两个量子比特，一个用于获取纠缠状态，另一个用于存储纠缠状态。

一旦一个外部节点和中间节点之间的纠缠被存储起来，中间节点就会用它的备用量子比特来纠缠另一个外部节点。完成这一切后，中间节点将其两个量子比特纠缠在一起，导致外部节点的量子比特变得纠缠在一起。

三节点系统之所以有用，是因为存储量子比特可以让研究人员在整个网络中一个个节点地建立纠缠，而不是一次性完成这一要求。一旦完成，信息就可以在网络上传输。

研究人员下一步的工作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，以便它们能够像常规计算机网络那样工作。
他们还想看看他们的系统是否能让他们在代尔夫特和海牙之间建立纠缠，这两个城市大约相距6英里(10公里)。"现在，我们所有的节点都在彼此的10到20米(32到66英尺)范围内，"Pompili说。
研究于4月16日在《Science》杂志上发表。