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構建量子互聯網聽起來就像是科幻小說中的概念，但它卻是世界各國的一個主要目標。對于密碼學和安全優化問題，量子計算機具有很大的潛力。量子計算機將要實現的目標是什么，以及仍然面臨哪些障礙?人們需要了解有關不可破解的量子互聯網的一切。

什么是量子互聯網?

量子互聯網是一個允許量子設備在使用量子物理學原理的環境中交換數據的網絡。原則上，這將為量子互聯網提供無與倫比的能力，而目前的網絡技術很難實現這一點。

數據可以在量子領域中使用量子比特進行編碼，量子比特是在量子計算機或量子CPU等量子設備中產生的。簡而言之，量子互聯網將包括通過許多物理隔離的量子設備網絡傳輸量子比特。由于量子態特有的奇異特性，實現這一切都是可能的。

這聽起來很像普通的互聯網。然而，通過量子通道而不是傳統通道來傳輸量子比特基本上意味著要利用粒子最微小尺寸的行為——所謂的“量子態”，長期以來這一直讓物理學家為之著迷和困惑。

為什么是量子互聯網?

量子密鑰分發(QKD)技術現在還處于起步階段。目前，生成量子密鑰分發(QKD)的標準方法是通過光纖電纜將量子比特單向傳送到接收器，然而這嚴重限制了協議的有效性。

由于量子比特可能會很快丟失或分散在光纖電纜中，因此量子信號非常容易出錯，并且很難遠距離傳輸。實際上，當前的測試僅限于數百公里的范圍。

作為量子互聯網基礎的另一種選擇是使用另一種稱為糾纏的量子特征來交換消息設備。

當兩個量子比特連接和糾纏時，它們共享相互依賴的特性。即使量子比特被物理移除，當它們處于糾纏狀態時，一個量子比特的每一個變化會導致另一個量子比特的狀態發生變化。

因此，可以通過觀察其糾纏對應物的活動來“讀取”第一個量子比特的狀態。在量子通信的設置中，糾纏可以有效地將一些數據從一個量子比特傳輸到其糾纏的另一半，從而消除了連接兩個量子比特的物理鏈路的需要。

量子信息交換

簡而言之，量子比特采用量子物理學的基本規則，其行為與經典比特大不相同，這一事實是量子通信的基礎。

經典比特只能具有兩種狀態之一，因為它對數據進行編碼。比特必須是0或1，像電燈開關必須打開或關閉一樣。

而在另一方面，量子比特是疊加的：它們可能同時為0和1，處于傳統時代不存在的量子態。矛盾的是，僅僅測量量子比特就會導致它被分配一個狀態。一個被測量的量子比特，就像一個傳統的比特一樣，將會脫離它的雙重狀態并被降級為0或1。疊加是整個現象的名稱，它是量子力學的核心。不幸的是，量子位無法傳遞人們習慣的數據類型，例如電子郵件和Facebook消息。

量子通信

安全性是使用量子比特的研究人員所追求的最有趣的話題之一。

對于傳統通信，大多數數據通過向發送方和接收方提供共享密鑰，然后使用該密鑰加密消息來保護，接收者最后可以使用他們的密鑰在他們的終端解密數據。

如今，大多數傳統通信的安全性都建立在密鑰生成過程上，雖然黑客很難破解，但并非不可能。這就是為什么科學家們試圖使這種通信機制成為“量子”的原因。量子密鑰分發是網絡安全的一個新分支。

不可破解的量子互聯網

基于量子物理的互聯網將很快實現從根本上實現安全的通信。

近年來，科學家們發現了如何通過光纖電纜傳輸光子對，從而完全保護存儲在其中的信息。

一個研究團隊利用該技術的變體建造了一條連接北京和上海的2000公里通信線路。這項技術基于原子粒子的量子特性——糾纏。要解釋糾纏光子而不破壞其內容是不可能的。在另一方面，纏結粒子很難產生，甚至更難在遠距離傳輸。擴展網絡的量子中繼器需要提供更遠距離的不間斷連接。

結論

量子研究人員的目標是最初將網絡擴展到國家層面，然后在未來擴展到全球層面。絕大多數專家都認為，這在未來幾十年內不會發生。然而，構建量子互聯網是一項長期的努力，需要克服很多技術障礙。然而，該技術無疑將在這條道路上帶來不可預見的結果，這將帶來一系列現在甚至無法預測的令人驚奇的量子應用。