什么是量子互聯(lián)網(wǎng)以及誰(shuí)將使用它？

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

為了回答這個(gè)問(wèn)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(duì)大多數(shù)公眾來(lái)說(shuō)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息時(shí)，它是以位編碼的。每個(gè)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(gè)名為薛定諤貓的著名假想實(shí)驗(yàn)表明，一只量子貓可以處于“死”和“活”的疊加狀態(tài)。也就是說(shuō)，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。回到貓身上，雖然它可以處于這種奇怪的疊加狀態(tài)，但當(dāng)我們?cè)噲D觀察它時(shí)，我們會(huì)破壞疊加狀態(tài)，看到的不是一只死貓就是一只活貓。類(lèi)似于貓，一個(gè)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(huì)突然消失。

量子網(wǎng)絡(luò)是允許量子信息在量子節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。這些可以是量子計(jì)算機(jī)、量子傳感器或量子密碼模塊。小型量子網(wǎng)絡(luò)對(duì)于連接量子計(jì)算機(jī)并讓它們協(xié)同工作非常重要，類(lèi)似于超級(jí)計(jì)算機(jī)。量子互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)大型量子網(wǎng)絡(luò)，允許世界各地的多個(gè)用戶(hù)從量子計(jì)算機(jī)、量子傳感器和量子密碼模塊等量子節(jié)點(diǎn)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(wú)法觀察到的事實(shí)疊加（當(dāng)我們看貓時(shí)，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(jiǎn)單的應(yīng)用是分發(fā)可用于加密信息的安全密鑰。一個(gè)更有趣的應(yīng)用是私有計(jì)算，用戶(hù)可以在云中的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序，而其他任何人（包括計(jì)算機(jī)）都不知道他們?cè)谶\(yùn)行什么。在越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向云計(jì)算的世界中，這是一個(gè)非常重要的安全范例。想象一下能夠使用 Gmail 而無(wú)需信任 Google 來(lái)保護(hù)您的信息。

第二個(gè)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(gè)傳感器通過(guò)具有可以疊加的共享狀態(tài)來(lái)協(xié)同工作。這將使獨(dú)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(gè)巨大的設(shè)備一樣運(yùn)作。如果這還不夠，上面提到的安全性將是一項(xiàng)免費(fèi)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(wèn)題，QI 可能適合您！它還將如何有意義地改變用戶(hù)體驗(yàn)？

這是一個(gè)很難回答的問(wèn)題。想象一下，在開(kāi)發(fā) ARPANET 的 60 年代末，問(wèn)一個(gè)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(duì)需要保護(hù)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(jí)用戶(hù)。

從他們的角度來(lái)看，這項(xiàng)發(fā)展將是安全和傳感領(lǐng)域現(xiàn)有發(fā)展的延伸。一個(gè)例外是通過(guò)云安全使用量子計(jì)算機(jī)的能力。量子計(jì)算機(jī)提供了改變游戲規(guī)則的能力來(lái)執(zhí)行某些計(jì)算，但預(yù)計(jì)建造和維護(hù)成本很高。安全地使用它們但將它們保存在一個(gè)集中位置的能力將允許更廣泛的用戶(hù)群并提供巨大的計(jì)算資源。

展望未來(lái)，每個(gè)家庭中的量子互聯(lián)網(wǎng)都將帶來(lái)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(shuí)或你在做什么的情況下使用谷歌。潛力——無(wú)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(wú)所不知、無(wú)所不知的科技巨頭那里奪回一些匿名性。但不是每個(gè)人都足夠精明，我想，所以可能會(huì)建立系統(tǒng)來(lái)無(wú)形地利用它。人們真的會(huì)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(xiàng)技術(shù)。然而，從開(kāi)發(fā)者的角度來(lái)看，夢(mèng)想是讓用戶(hù)的體驗(yàn)盡可能簡(jiǎn)單。通常，您不知道是否有人升級(jí)了您計(jì)算機(jī)上的安全功能，或者您的互聯(lián)網(wǎng)提供商是否升級(jí)了網(wǎng)絡(luò)。您可能會(huì)注意到事情運(yùn)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(jì)算機(jī)也是如此。作為用戶(hù)，您可能會(huì)意識(shí)到您能夠運(yùn)行一些以前根本不可能運(yùn)行的程序，但您不需要知道為什么會(huì)這樣。以允許在手機(jī)上流式傳輸 Netflix 所需的技術(shù)為例。大多數(shù)用戶(hù)不了解技術(shù)突破的本質(zhì)；

好的，但這是一個(gè)大問(wèn)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(zhǎng)時(shí)間，但現(xiàn)實(shí)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(yàn)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(guò)去 100 年來(lái)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(jìn)展。你能告訴我們更多關(guān)于誰(shuí)在構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)以及我們?cè)谶@個(gè)過(guò)程中走了多遠(yuǎn)的信息嗎？

在過(guò)去的 50 年里，量子通信一直作為一門(mén)學(xué)科進(jìn)行研究，在 21 世紀(jì)得到了巨大的推動(dòng)。然而，它過(guò)去是——現(xiàn)在仍然主要是——在物理學(xué)家和理論計(jì)算機(jī)科學(xué)家的領(lǐng)域。在過(guò)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(jì)算活躍的一個(gè)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(diǎn)是量子計(jì)算機(jī)。

美國(guó)政府最近的舉措促成了一些行業(yè)的工作，包括一些專(zhuān)門(mén)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(guó)公司對(duì)此進(jìn)行了補(bǔ)充。長(zhǎng)距離量子網(wǎng)絡(luò)的演示包括跨多個(gè)城市的網(wǎng)絡(luò)以及與衛(wèi)星的量子通信。

量子計(jì)算——一個(gè)新興但發(fā)展迅速的行業(yè)——的工作對(duì)量子網(wǎng)絡(luò)很重要。構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成（每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一臺(tái)計(jì)算機(jī)）。雖然量子計(jì)算機(jī)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(jì)算公司都在考慮或積極致力于量子網(wǎng)絡(luò)。在過(guò)去兩年中，一些量子網(wǎng)絡(luò)初創(chuàng)公司（例如 Entangled Networks）專(zhuān)注于“多核”量子計(jì)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(yuǎn)？

一個(gè)完全成熟的（全球）量子互聯(lián)網(wǎng)仍然是一個(gè)夢(mèng)想，而且很難預(yù)測(cè)何時(shí)所有必要的成分都準(zhǔn)備好部署。然而，作為構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)的緊張努力的一部分，對(duì)量子網(wǎng)絡(luò)的需求正在推動(dòng)這個(gè)夢(mèng)想更接近現(xiàn)實(shí)。這與保護(hù)數(shù)據(jù)的真實(shí)需求以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密碼學(xué)的相對(duì)成熟度相結(jié)合。當(dāng)前的行業(yè)時(shí)間表表明，在本十年中期的某個(gè)時(shí)候需要聯(lián)網(wǎng)的“多核”量子計(jì)算機(jī)（例如，參見(jiàn) IBM 最近的路線圖）。這些時(shí)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