野心勃勃，全球首個量子互聯網將在荷蘭誕生？

1935 年，愛因斯坦和其助手發表了「EPR 悖論」，微觀物理登上了學術研究的舞台。

愛因斯坦提出了「量子糾纏」假說——即在一個系統中，粒子的狀態是可以預測的，哪怕相隔甚遠，其狀態、行為也相互關聯。利用「量子糾纏」，理論上可以做到信息的無障礙和超光速傳播。愛因斯坦的論文引導物理學家們驗證與完善量子物理學，並推動了後人對量子課題的研究，產生了量子光學、量子資訊理論、量子電子學以及量子信息科學等交叉學科。

圖 | 量子糾纏現象已在實驗室中得到驗證，在鑽石中就可以觀察到量子糾纏現象。

QuTech 就是一家研究量子科學的頂尖學術機構，由荷蘭代爾夫特理工大學和荷蘭應用科學研究機構（TNO）共同運作，同時還是因特爾公司的研發合作夥伴。近日，QuTech 的研究員成功使兩塊量子晶元產生量子糾纏。該項目由 Qutech 的漢森實驗室領導人 Ronald Hanson 教授主持。研究員開發了一組新型智能通信協議，能夠根據需要產生量子糾纏並提供保護。這一發明有望創建世界上首個量子互聯網。

由於對量子的任何操作都會改變數子的狀態，所以任何窺探量子信息的行為都會留下馬腳，進而被量子信息的接收者監測到。根據這一點，理論上可以構建一個壁壘森嚴的量子互聯網。但是，按照世界上現有的量子實驗能力，要實現量子網路有很大難度——網路產生的量子糾纏必須是可靠的，能夠傳遞一定的信息量，並且能保持足夠長的時間使得信息完好地傳遞到下一個量子節點。

QuTech 的研究員們率先展開了量子互聯網的實驗。在短短几秒內，要讓相距兩米的兩個量子節點之間產生能夠保持一定時長的量子糾纏。他們希望做到在理論上實現三個量子節點之間的關聯。Hanson教授表示，他們立志成為首個創建多節點量子網路雛形的研究團隊。

圖 | Hanson Lab 研究團隊

在 2015 年，Ronald Hanson 的研究小組首次在長距離（1.3 公里）內產生了較為持久的量子糾纏，他們成功為量子糾纏提供了完整的實驗證明。這個實驗是他們目前開發量子互聯網的基礎，他們讓鑽石晶元上的電子以光子作為媒介產生量子糾纏。他們成功地讓兩個電子每隔一個小時產生一次糾纏，但是這種連接只能保持瞬間的活躍性，所以無法真正建立起量子網路，更不要說在網路中添加第三個乃至更多的節點了。

之後，研究員們進行了多項創新與改進。首先，他們實施了一種新的量子糾纏方法，使得相隔兩米的電子之間產生每秒40次的糾纏，這比舊方法快了一千倍。他們首次讓量子糾纏產生的速度快過了糾纏消亡的速度。同時，新方法還加入了保護量子糾纏免受外部噪音干擾的措施，這又解決了「噪音干擾」這一重大難題。他們不斷完善技術，現在建立的節點已經可以隨時根據需要進行量子糾纏。 Ronald Hanson 說，「我們現在所使用的互聯網，必須保證隨時隨地能夠和每個網路請求建立連接。同樣地，只要佔用整個通信過程的一小部分時間，就能通過無需任何人工操作的智能檢查系統來確保量子節點的請求都得到連接，量子糾纏可一觸即發。」

圖 | 正在做量子糾纏實驗的研究小組。左起：Ronald Hanson 教授, Peter Humphreys 博士和 Norbert Kalb 博士。

就在去年，Hanson 教授的團隊已經能夠在產生新連接的同時保護量子糾纏的鏈接，他們有信心實現具有兩個以上節點的量子網路。Hanson 教授說：「我們計劃與荷蘭皇家 KPN 電信集團等合作夥伴一起努力，到2020年讓量子網路覆蓋荷蘭的四個城市。我們將建立世界上第一個量子互聯網。」

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