什么是量子互聯(lián)網(wǎng)以及誰將使用它？

好像互聯(lián)網(wǎng)無法再變得勢不可擋，我們不得不去在它前面加上“量子”這個詞。為什么？

為了回答這個問題，我最近采訪了 Entangled Networks 的首席執(zhí)行官 Aharon Brodutch，以了解量子互聯(lián)網(wǎng)有什么大不了的，或者它是否對大多數(shù)公眾來說都是一筆交易。

Aharon，那么，量子互聯(lián)網(wǎng)究竟是什么？

量子信息與經(jīng)典信息有很大不同。當(dāng)我們通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息時，它是以位編碼的。每個位可以是 0 或 1。量子力學(xué)允許系統(tǒng)處于疊加狀態(tài)。一個名為薛定諤貓的著名假想實驗表明，一只量子貓可以處于“死”和“活”的疊加狀態(tài)。也就是說，它可以處于一種既不死也不活的狀態(tài)，這在量子世界之外是不可想象的。這種疊加狀態(tài)很難維持?；氐截埳砩?，雖然它可以處于這種奇怪的疊加狀態(tài)，但當(dāng)我們試圖觀察它時，我們會破壞疊加狀態(tài)，看到的不是一只死貓就是一只活貓。類似于貓，一個量子比特（qubit）可以處于0和1的疊加狀態(tài)，允許范圍廣泛的有趣的應(yīng)用程序。但同樣，就像貓一樣，疊加非常脆弱，如果系統(tǒng)受到干擾，所有的量子特性都會突然消失。

量子網(wǎng)絡(luò)是允許量子信息在量子節(jié)點之間傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。這些可以是量子計算機、量子傳感器或量子密碼模塊。小型量子網(wǎng)絡(luò)對于連接量子計算機并讓它們協(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(luò)，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。

是的，所以我的理解是，這不是為了互相發(fā)送貓表情包。甚至薛定諤的貓模因。那你告訴我，它有什么用？

量子互聯(lián)網(wǎng)最突出的用例以數(shù)據(jù)安全為中心。量子系統(tǒng)可以疊加存在（想想既不死也不活的貓）但無法觀察到的事實疊加（當(dāng)我們看貓時，它要么死要么活）使它成為數(shù)據(jù)安全的重要工具。密碼學(xué)中最簡單的應(yīng)用是分發(fā)可用于加密信息的安全密鑰。一個更有趣的應(yīng)用是私有計算，用戶可以在云中的計算機上運行程序，而其他任何人（包括計算機）都不知道他們在運行什么。在越來越多地轉(zhuǎn)向云計算的世界中，這是一個非常重要的安全范例。想象一下能夠使用 Gmail 而無需信任 Google 來保護您的信息。

第二個用例是傳感。量子傳感器比傳統(tǒng)傳感器靈敏得多。同樣，這是由于保持疊加的能力。量子互聯(lián)網(wǎng)將允許多個傳感器通過具有可以疊加的共享狀態(tài)來協(xié)同工作。這將使獨特的情況成為可能，例如讓遍布全球的傳感器網(wǎng)絡(luò)就像一個巨大的設(shè)備一樣運作。如果這還不夠，上面提到的安全性將是一項免費功能，可用于隱藏從不受歡迎的眼睛收集的信息。

所以，如果您是數(shù)字傳感器或您有重大的數(shù)字信任問題，QI 可能適合您！它還將如何有意義地改變用戶體驗？

這是一個很難回答的問題。想象一下，在開發(fā) ARPANET 的 60 年代末，問一個全球網(wǎng)絡(luò)將用于什么。當(dāng)前的用例（如我們剛剛討論的那些）主要針對需要保護數(shù)據(jù)和使用極其精確的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，這項發(fā)展將是安全和傳感領(lǐng)域現(xiàn)有發(fā)展的延伸。一個例外是通過云安全使用量子計算機的能力。量子計算機提供了改變游戲規(guī)則的能力來執(zhí)行某些計算，但預(yù)計建造和維護成本很高。安全地使用它們但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。

展望未來，每個家庭中的量子互聯(lián)網(wǎng)都將帶來極高的安全性和匿名性。再一次，想象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。潛力——無論是積極的還是消極的——都是巨大的。

因此，如果我們足夠精明，我們最終將能夠從無所不知、無所不知的科技巨頭那里奪回一些匿名性。但不是每個人都足夠精明，我想，所以可能會建立系統(tǒng)來無形地利用它。人們真的會知道他們是否在使用它嗎？

目前，任何使用任何一種量子技術(shù)的人都非常清楚他們正在使用這項技術(shù)。然而，從開發(fā)者的角度來看，夢想是讓用戶的體驗盡可能簡單。通常，您不知道是否有人升級了您計算機上的安全功能，或者您的互聯(lián)網(wǎng)提供商是否升級了網(wǎng)絡(luò)。您可能會注意到事情運行得更快，但您甚至可能不知道為什么。甚至量子技術(shù)的巔峰之作量子計算機也是如此。作為用戶，您可能會意識到您能夠運行一些以前根本不可能運行的程序，但您不需要知道為什么會這樣。以允許在手機上流式傳輸 Netflix 所需的技術(shù)為例。大多數(shù)用戶不了解技術(shù)突破的本質(zhì)；

好的，但這是一個大問題。關(guān)于量子事物的討論太多了，而且已經(jīng)持續(xù)了很長時間，但現(xiàn)實似乎正在碰壁。那么，告訴我們，量子互聯(lián)網(wǎng)真的可能嗎？

是的。量子互聯(lián)網(wǎng)面臨許多挑戰(zhàn)，但其基本概念基于基本量子力學(xué)，這是我們最受考驗的物理理論。如果我們找到使量子互聯(lián)網(wǎng)成為不可能的原因，那將是過去 100 年來最偉大的科學(xué)突破。

很高興知道！我很高興事情似乎正在取得進展。你能告訴我們更多關(guān)于誰在構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)以及我們在這個過程中走了多遠的信息嗎？

在過去的 50 年里，量子通信一直作為一門學(xué)科進行研究，在 21 世紀(jì)得到了巨大的推動。然而，它過去是——現(xiàn)在仍然主要是——在物理學(xué)家和理論計算機科學(xué)家的領(lǐng)域。在過去的幾年中，已經(jīng)向工業(yè)轉(zhuǎn)移，并且正在考慮工程。該領(lǐng)域（在工業(yè)界）不如量子計算活躍的一個特殊原因是，量子互聯(lián)網(wǎng)最重要的用例需要一些節(jié)點是量子計算機。

美國政府最近的舉措促成了一些行業(yè)的工作，包括一些專門建造量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初創(chuàng)公司。各種初創(chuàng)公司以及致力于量子密碼學(xué)的大型跨國公司對此進行了補充。長距離量子網(wǎng)絡(luò)的演示包括跨多個城市的網(wǎng)絡(luò)以及與衛(wèi)星的量子通信。

量子計算——一個新興但發(fā)展迅速的行業(yè)——的工作對量子網(wǎng)絡(luò)很重要。構(gòu)建量子計算機的大部分現(xiàn)有工作都需要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：許多小型量子計算機在（本地）量子網(wǎng)絡(luò)上協(xié)同工作。這與 HPC 非常相似，HPC 由許多計算節(jié)點構(gòu)成（每個節(jié)點都是一臺計算機）。雖然量子計算機所需的網(wǎng)絡(luò)不同于量子互聯(lián)網(wǎng)，但基本構(gòu)建塊是相同的。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(luò)。在過去兩年中，一些量子網(wǎng)絡(luò)初創(chuàng)公司（例如 Entangled Networks）專注于“多核”量子計算的網(wǎng)絡(luò)方面。

我好不耐煩！我們距離量子互聯(lián)網(wǎng)還有多遠？

一個完全成熟的（全球）量子互聯(lián)網(wǎng)仍然是一個夢想，而且很難預(yù)測何時所有必要的成分都準(zhǔn)備好部署。然而，作為構(gòu)建量子計算機的緊張努力的一部分，對量子網(wǎng)絡(luò)的需求正在推動這個夢想更接近現(xiàn)實。這與保護數(shù)據(jù)的真實需求以及點對點量子密碼學(xué)的相對成熟度相結(jié)合。當(dāng)前的行業(yè)時間表表明，在本十年中期的某個時候需要聯(lián)網(wǎng)的“多核”量子計算機（例如，參見 IBM 最近的路線圖）。這些時間表表明，量子互聯(lián)網(wǎng)的必要組件將在本世紀(jì)末之前準(zhǔn)備就緒。

審核編輯黃昊宇