量子互聯(lián)網(wǎng)是什么？它有什么用？

互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展或已進入瓶頸期，需要尋找新的發(fā)展方向，而“量子”互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)提供了新的機遇。為什么會出現(xiàn)這一現(xiàn)象呢？

為此，我專門采訪了Entengled Networks的首席執(zhí)行官Aharon Brodutch，請他來為我們介紹量子互聯(lián)網(wǎng)的具體概念，以及對于大多數(shù)普通公眾的影響！

Q

Aharon，你好！

請問量子互聯(lián)網(wǎng)究竟是什么？

量子信息與經(jīng)典信息有著很大的差異。當我們通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息時，它是以比特為單位進行編碼，每一位可以是0或者是1。而量子力學允許系統(tǒng)處于各種可能狀態(tài)的疊加態(tài)。一項名為“薛定諤的貓”的著名假設實驗表明，量子貓可以處于“死”與“活”的疊加態(tài)。

也就是說，它可以處于一種非死非活的狀態(tài)，這在量子以外的世界是無法想象的。但這種疊加狀態(tài)很難維持。我們說回到貓身上，雖然它可能處于這種奇怪的疊加狀態(tài)，但當我們試圖觀察它時，便會破壞這種狀態(tài)，看到一只死貓或活貓。與薛定諤的貓類似，量子比特（qubit）可以是0和1的疊加，進而能開發(fā)出更多有趣的應用。但是同樣，這種疊加也非常脆弱，如果系統(tǒng)受到干擾，所有量子特性都可能會突然消失。

量子網(wǎng)絡是指在量子節(jié)點之間傳輸量子信息的網(wǎng)絡，可以是量子計算機、量子傳感器或量子密碼模塊。小型量子網(wǎng)絡對于連接量子計算機并使其協(xié)同工作非常重要，類似于超級計算機。量子互聯(lián)網(wǎng)是一個大型量子網(wǎng)絡，允許世界各地的多個用戶從量子計算機、量子傳感器和量子密碼模塊等量子節(jié)點發(fā)送量子信息。

Q

是的，所以我理解的是，這不是為了互相發(fā)送貓模因，甚至是薛定諤的貓模因。那么您能具體說下它有什么用途嗎？

量子互聯(lián)網(wǎng)主要用于數(shù)據(jù)安全領域。量子系統(tǒng)能以疊加態(tài)存在（比如非死非活的貓），但卻觀察不到這種疊加態(tài)（當我們觀察貓時，它要么死要么活），這一事實使它成為了數(shù)據(jù)安全領域的一個強大工具。簡單的密碼學應用是分發(fā)可用于加密信息的安全密鑰。私有計算更是一個有趣的應用，用戶可以在云計算機上運行程序，而包括計算機在內(nèi)的任何人或物都不知道它們在運行什么。在越來越多地轉向云計算的世界中，這是一個極其重要的安全范例。例如，我們不需要相信谷歌，也可以使用Gmail來保護個人信息。

第二個用例便是傳感技術。量子傳感器可以比經(jīng)典傳感器更靈敏，同樣也是因為它具有保持疊加態(tài)的能力。量子互聯(lián)網(wǎng)將允許多個傳感器通過可以疊加的共享狀態(tài)來協(xié)同工作。這將使一些特殊的情形成為可能，例如讓遍布全球的傳感器網(wǎng)絡就像一個巨大的設備一樣運作。除此之外，上面提到的安全性也將是一個免費功能，可以用來隱藏收集到的信息，不讓別人看到。

Q

因此，對于數(shù)字傳感器或有重大數(shù)字信任問題的情況，量子互聯(lián)網(wǎng)可能是一個比較好的選擇！它還將為用戶體驗帶來哪些有意義的改變？

這個問題很難回答。就像在60年代末開發(fā)ARPANET時，被問及全球網(wǎng)絡的用途一樣。當前的用例（如我們剛才討論的那些）主要針對需要保護數(shù)據(jù)和使用極其精確傳感器的政府和大型企業(yè)等高級用戶。

從他們的角度來看，這一發(fā)展將是現(xiàn)有安全和傳感領域的延伸。唯一的例外是在云端安全使用量子計算機的能力。在執(zhí)行某些計算時，量子計算機將改變這一游戲規(guī)則，但預計構建和維護成本會很高。能夠安全地使用并將它們保存在一個集中位置的能力，將允許更廣泛的用戶群，并提供巨大的計算資源。

未來，如果每個家庭都使用量子互聯(lián)網(wǎng)，將帶來極高的安全性和匿名性。試想一下，在谷歌不知道你是誰或你在做什么的情況下使用谷歌，是一種怎樣的體驗。無論是積極的還是消極的潛力，都是巨大的。

Q

也就是說，如果考慮的足夠全面，我們最終將能夠從這些無所不知的科技巨頭那里奪回一些隱私。但我想，并不是每個人都能做到，所以可能在無形中會被一些系統(tǒng)所利用。我們真的會知道使用的量子互聯(lián)網(wǎng)嗎？

目前，使用任一種量子技術的人都非常清楚他們正在使用這種技術。然而，從開發(fā)人員的角度來看，他們希望讓用戶的體驗盡可能地簡單。通常，你不會知道是否有人升級了你計算機的安全功能，或者你的互聯(lián)網(wǎng)提供商是否升級了網(wǎng)絡。你可能會注意到運行速度在變快，但可能甚至都不知道為什么。量子技術的巔峰之作量子計算機也是如此。

作為用戶，你可能會意識到能夠運行一些以前根本不可能運行的程序，但不需要知道具體原因，比如允許在手機上播放Netflix流媒體需要哪些技術。大多數(shù)用戶不知道技術突破的本質(zhì)；他們只是知道這是可行的，或許意識到他們的電話賬單發(fā)生了改變。

Q

好的，但這是一個復雜的問題。關于量子的討論太多了，而且已經(jīng)持續(xù)了很長一段時間，但現(xiàn)實卻似乎處處碰壁。那么，請問量子互聯(lián)網(wǎng)真的有可能實現(xiàn)嗎？

是的。量子互聯(lián)網(wǎng)相關的挑戰(zhàn)有很多，但其基本概念是基于基礎量子力學，即經(jīng)得住考驗的物理理論。如果我們能找到一個導致量子互聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)的原因，這將是過去100年來偉大的科學突破。

Q

太好了！很高興聽到這項技術還在不斷的發(fā)展。您能跟我們具體介紹一下有哪些人正在構建量子互聯(lián)網(wǎng)以及相關進展嗎？

過去50年來，量子通信一直是一門學術學科，直到在21世紀才有了巨大的發(fā)展。然而，無論是過去還是現(xiàn)在，它都主要是物理學家和理論計算機科學家所關注的領域。在過去的幾年里，逐漸轉向了工業(yè)領域，并且目前也開始涉及工程領域。在工業(yè)領域不如量子計算那樣活躍的一個主要原因是，量子互聯(lián)網(wǎng)重要的使用場景需要部分節(jié)點使用量子計算機。

美國政府最近的舉措已經(jīng)在工業(yè)領域取得了一些成果，包括一些專門制造量子網(wǎng)絡設備的初創(chuàng)公司。各種初創(chuàng)公司以及致力于量子密碼的大型跨國公司也在積極參與。遠距離量子網(wǎng)絡演示包括跨不同城市的網(wǎng)絡以及與衛(wèi)星的量子通信。

量子計算是一個新興但發(fā)展快速的行業(yè)，對量子網(wǎng)絡至關重要。大多數(shù)現(xiàn)有的量子計算機構建工作都需要網(wǎng)絡架構：許多小型量子計算機通過（本地）量子網(wǎng)絡協(xié)同工作。這與HPC非常相似，HPC由許多計算節(jié)點（每個節(jié)點都是一臺計算機）組成。雖然量子計算機所需的網(wǎng)絡與量子互聯(lián)網(wǎng)不同，但基本的構建模塊是相同的。大多數(shù)量子計算公司都在考慮或積極致力于量子網(wǎng)絡。在過去兩年中，一些量子網(wǎng)絡初創(chuàng)公司（如Entengled Networks）開始專注于“多核”量子計算的網(wǎng)絡方面。

Q

量子互聯(lián)網(wǎng)何時才能實現(xiàn)？我已經(jīng)迫不及待了。

想要實現(xiàn)一個完全成熟的（世界范圍內(nèi)的）量子互聯(lián)網(wǎng)仍然是一個夢想，很難預測到何時才能完全部署好所有必需的組件。然而，作為構建量子計算機的一部分，對量子網(wǎng)絡的需求正推動這一夢想早日成真。同時，這也與保護數(shù)據(jù)的真實需要以及點對點量子密碼的相對成熟度息息相關。

當前的行業(yè)時間表表明，在本世紀中期的某個時候，將會需要網(wǎng)絡化的“多核”量子計算機（參見IBM最近的發(fā)展路線圖）。這些時間表表明，量子互聯(lián)網(wǎng)所需的必要組件將在本世紀末之前準備就緒。因此，這主要是一個超越密碼學用例的成熟度問題，而量子互聯(lián)網(wǎng)對于量子密碼學的需求，將推動行業(yè)和/或政府朝著量子互聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展。

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