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协议|三个量子节点支起量子互联网新架构

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【协议|三个量子节点支起量子互联网新架构】来自荷兰量子计算公司QuTech的研究人员成功实现将3个量子设备连接在同一个网络中 。 此外 ， 他们还实现了关键量子网络协议的原理证明演示 。 该发现标志着迈向未来量子互联网的一个重要里程碑 。 相关研究成果于当地时间15日发表在《科学》杂志上 。
量子纠缠为量子计算机提供了巨大的计算能力 ， 是未来量子互联网上共享量子信息的基础资源 。 过去10年 ， 通过将共享直接物理链路的两个量子设备连接在一起 ， 科学家迈出量子互联网的第一步 。 然而 ， 能够通过中间节点（类似于路由器）传递量子信息对于创建可扩展的量子网络至关重要 。 此外 ， 许多量子互联网应用依赖于在多个节点之间分布的纠缠量子比特 。
基本的量子网络由3个量子节点组成 ， 它们在同一建筑物内相距一定距离 。 为了使这些节点能够作为一个真正的网络运行 ， 研究人员必须发明一种新的架构 ， 使其能够扩展到单个链路之外 。 此次 ， 研究人员率先通过中间节点连接了两个量子设备 ， 并在多个独立量子设备之间建立了共享纠缠 。
在该研究中 ， 中间节点（称为“鲍勃”）与两个外部节点（称为“爱丽丝”和“查理”）均有物理连接 ， 可与这些节点中的每一个建立纠缠链路 。 “鲍勃”配备了一个可用作存储器的额外量子比特 ， 从而可在建立新链接时存储先前生成的量子链接 。 在建立量子链接“爱丽丝”—“鲍勃”和“鲍勃”—“查理”之后 ， “鲍勃”处的一组量子操作将这些链接转换为“爱丽丝”—“查理”量子链接 。 或者 ， 通过在“鲍勃”处执行一组不同的量子操作 ， 可以在所有3个节点之间建立纠缠 。
该网络的一个重要特征是它通过“标志”信号宣布成功完成了这些协议 。 这对可扩展性至关重要 ， 因为在未来的量子互联网中 ， 许多这样的协议都需要串联起来 。 研究人员索菲·赫尔曼斯说 ， 一旦建立链接 ， 我们就能够保存由此产生的纠缠态 ， 保护它们免受噪音干扰 。 “这意味着 ， 原则上 ， 我们可以将这些状态用于量子密钥分发、量子计算或任何其他后续的量子协议 。 ”
这是第一个基于纠缠的量子网络 ， 为研究人员开发和测试量子互联网硬件、软件和协议提供了一个独特的试验台 。 研究人员表示 ， 未来的量子互联网将由无数量子设备和中间节点组成 。
QuTech的研究人员已经在做与现有数据基础设施兼容性的相关研究 。 当前的原理验证方法将在QuTech的量子互联网演示器上进行测试 ， 其中第一条城域链路计划于2022年完成 。 未来 ， 研究人员将专注于在3个节点网络中增加更多的量子比特 ， 并增加更高级别的软件和硬件层 。

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