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(shè)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(yīng)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(luò)是指在量子節(jié)點之間傳輸量子信息的網(wǎng)絡(luò),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(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。
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(lǐng)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(lǐng)域的一個強大工具。簡單的密碼學應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(shù)。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(luò)就像一個巨大的設(shè)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(luò)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(lǐng)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(yù)計構(gòu)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(shù)的人都非常清楚他們正在使用這種技術(shù)。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(luò)。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(shù)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(shù)。大多數(shù)用戶不知道技術(shù)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(fù)雜的問題。關(guān)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(guān)的挑戰(zhàn)有很多,但其基本概念是基于基礎(chǔ)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(shù)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(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)進展嗎?
過去50年來,量子通信一直是一門學術(shù)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(guān)注的領(lǐng)域。在過去的幾年里,逐漸轉(zhuǎn)向了工業(yè)領(lǐng)域,并且目前也開始涉及工程領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)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(lǐng)域取得了一些成果,包括一些專門制造量子網(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的大型跨國公司也在積極參與。遠距離量子網(wǎng)絡(luò)演示包括跨不同城市的網(wǎng)絡(luò)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(luò)至關(guān)重要。大多數(shù)現(xiàn)有的量子計算機構(gòu)建工作都需要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu):許多小型量子計算機通過(本地)量子網(wǎng)絡(luò)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(luò)與量子互聯(lián)網(wǎng)不同,但基本的構(gòu)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(luò)。在過去兩年中,一些量子網(wǎng)絡(luò)初創(chuàng)公司(如Entengled Networks)開始專注于“多核”量子計算的網(wǎng)絡(luò)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(yù)測到何時才能完全部署好所有必需的組件。然而,作為構(gòu)建量子計算機的一部分,對量子網(wǎng)絡(luò)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(guān)。
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(luò)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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