新智元|坚不可摧，美国计划10年内建成「国家量子互联网」！无法破解【新智元导读】近日

【新智元导读】近日，美国公布了一项致力于打造量子互联网的计划，目标是十年内建成与现有互联网并行的第二互联网，让网络共享信息变得「无法被攻破」，此举或将掀起新一轮的「量子追逐赛」。
刚刚，美国公布了一项计划，将致力于打造量子互联网。
美国官员和科学家表示，其目标是十年内打造与现有互联网并行的第二互联网，使用量子力学定律安全共享信息并连接新一代计算机和传感器。
芝加哥大学普利兹克大学分子工程学院教授，阿贡国家实验室资深科学家DavidAwschalom称量子互联网项目是美国量子研究计划的支柱。
据悉，美国能源部及其17个国家实验室将成为该项目的骨干。

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量子互联网：梦想很美好，现实很骨感
量子互联网想要成为现实，绝非那么简单，需要把传统互联网「脱胎换骨」。
跟经典网络的物理层不同，量子网络的物理层要负责量子信息的生成，定时和同步。数据链路层要负责运行物理层，从而尝试在可控量子节点之间产生纠缠。
网络层将负责在未直接连接的节点之间产生长距离纠缠，通过使用链路层进行纠缠交换以在相邻可控节点之间生成纠缠来实现。传输层不仅要远距精确传输量子比特，还要考虑跟经典网络的兼容。

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TCP/IP5层参考模型与QuantumInternet网络体系结构
量子互联网的关键组成部分是什么，它们需要满足哪些性能？
从经典网络的基本结构出发，要构建量子互联网，首先要搭建起可靠的底层物理设备。
根据《美国量子网络战略远景》报告，下面这些量子技术及物理设备是实现量子互联网的先决条件：
量子探测器，超低损耗的光通道，空对地连接及经典的网络和网络安全协议。纠缠态和超纠缠态以及量子态的传输，控制和测量。用于量子源和传统源的信号转换器。更可靠的量子存储缓冲器和小型量子计算机。使用量子中继器进行长距离纠缠分布（地面和空间），允许在小规模和大规模量子处理器之间使用基于纠缠的协议。

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使用经典网络控制与配备量子硬件的节点进行交互的级联量子网络
有了这些量子网络设备，就能搭建量子互联网了吗？
其中最重要的就是克服各个源之间的连接性，以及各层之间的级联操作。
对于连接性，可以搭建一个系统级工程，来统一所有组件可操作的属性，比如带宽、波长、占空比等。
有传输就有损耗，传统的网络可以通过信号增强等手段来弥补，但是量子网络就不行了。有没有解决办法呢？答案就是采用一个量子中继器。
与经典中继器的操作不同，量子中继器在传输过程中不会放大处于纠缠状态的光子，而是通过消耗第二个纠缠对的资源，利用这个纠缠对来「传递」纠缠属性。

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虽然量子网络的传输性能大大超越了传统的网络传输，但是由于中继等原因也不可避免发生错误。
我们知道，量子网络的根本是量子纠缠，纠缠对固有地存在于网络的物理层中。而在经典网络中，共享状态通常是在更高的层建立。在这种情况下，必须要保证纠缠分布及量子中继器等网络设备是高保真的。
当然量子互联网要解决的问题远不止这些，需要信息安全、计算机科学、应用物理等领域的技术高度配合，但它的前景无疑是光明的，只是需要分步去实现。