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賓夕法尼亞大學(xué)團(tuán)隊獲得巨大突破！甚至還登上了《科學(xué)》雜志的研究，實現(xiàn)了量子通信領(lǐng)域的開創(chuàng)性突破，首次用商用光纖網(wǎng)絡(luò)和日常上網(wǎng)的IP協(xié)議，成功傳輸量子信號。

測試于Verizon園區(qū)內(nèi)一條長達(dá)一公里的商用光纖上圓滿完成，連接兩棟建筑的節(jié)點設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，全程運(yùn)行順暢無阻，展現(xiàn)出穩(wěn)定且高效的性能狀態(tài)。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

關(guān)鍵功臣是緊湊型 “Q 芯片”，能協(xié)調(diào)量子與經(jīng)典信息，兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，還能自動糾錯，傳輸保真度超97%。

此舉使得量子信號依托現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)傳輸成為現(xiàn)實，“量子互聯(lián)網(wǎng)要來了”也不再是縹緲的幻想。

核心突破

賓夕法尼亞大學(xué)團(tuán)隊的成果還登上了《科學(xué)》雜志，測試是在Verizon公司園區(qū)的光纖網(wǎng)絡(luò)上做的，搭建量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備，和一公里外的Verizon商用光纖連在了一起。

關(guān)鍵就靠他們開發(fā)的緊湊型 “Q 芯片”，這小東西能協(xié)調(diào)量子和經(jīng)典信息，還跟現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全兼容，被看作未來 “量子互聯(lián)網(wǎng)”的基石。

研究人員說，這玩意兒可能像當(dāng)初互聯(lián)網(wǎng)誕生那樣，帶來顛覆性改變。

量子通信的底子是“量子糾纏”：兩個粒子關(guān)聯(lián)性超強(qiáng)，改一個另一個立馬受影響。

靠這特性，量子計算機(jī)能互聯(lián)共享資源，以后搞藥物研發(fā)、新材料開發(fā)啥的，能比現(xiàn)在的超級計算機(jī)強(qiáng)多了。

更厲害的是，這芯片不光能傳量子信號，還能自動校正噪聲，把量子和經(jīng)典數(shù)據(jù)打包成標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，用現(xiàn)有系統(tǒng)完成路由。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

這無疑是首次于商用運(yùn)營的光纖網(wǎng)絡(luò)達(dá)成此成就，此般突破，不僅彰顯技術(shù)實力，更為行業(yè)發(fā)展開辟新徑，意義非凡。

團(tuán)隊中的馮良教授稱，此步驟使得大規(guī)模實用化量子互聯(lián)網(wǎng)更進(jìn)一步，這一進(jìn)展猶如在科技征程中跨越關(guān)鍵一步，為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展帶來新曙光。

應(yīng)對難題

為啥量子網(wǎng)絡(luò)難搞大？關(guān)鍵是量子粒子太“嬌貴”，就像薛定諤的貓，沒觀察時又死又活，一測量量子粒子的特殊狀態(tài)就沒了。

團(tuán)隊的解決辦法藏在“Q芯片”里，這芯片能協(xié)調(diào)常規(guī)光信號和量子粒子。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

博士生張亦馳打了個比方：經(jīng)典信號像“火車頭”跑在前面，量子信息裝在“車廂”里，咱們測“車頭”就能規(guī)劃路線，還不碰壞“車廂”里的量子信號。

若經(jīng)典信號具備可測性，那么整個系統(tǒng)便能夠借助互聯(lián)網(wǎng)的IP協(xié)議展開通信，如此一來，系統(tǒng)的通信得以依托成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，更為高效穩(wěn)定。

將量子信息融入人們熟知的IP框架，使其能與經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“交流”，如此一來，便可以依托現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行廣泛鋪展。

真實環(huán)境里麻煩更多：溫度變了、車開過的震動、甚至地震，都可能干擾光纖，實驗室里可沒這些問題。

好在團(tuán)隊有糾錯招，經(jīng)典信號受的干擾和量子信號很像，測一下經(jīng)典信號，就能推斷怎么修正量子信號，還不破壞它的量子態(tài)。

測試顯示，這系統(tǒng)的量子信號傳輸保真度超97%，芯片用硅做的，能大規(guī)模生產(chǎn)，推廣起來不難。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在這網(wǎng)絡(luò)就一臺服務(wù)器、一個節(jié)點，連兩棟樓，中間是一公里的Verizon光纖，但多造點芯片接進(jìn)現(xiàn)有光纖，就能擴(kuò)網(wǎng)。

未來展望

不過量子網(wǎng)絡(luò)想鋪出都市圈，還有個大障礙：目前沒法在不破壞糾纏狀態(tài)的情況下放大量子信號。

雖說有些團(tuán)隊能傳 “量子密鑰“保障安全通信，但沒法直接連量子處理器。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

想突破得靠新設(shè)備，但這次研究的意義重大，證明了芯片能在商用光纖上跑量子信號，能用互聯(lián)網(wǎng)式的路由和切換，還能芯片內(nèi)糾錯，跟現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議兼容。

結(jié)語

博士生布羅伯格說：“這就像90年代互聯(lián)網(wǎng)剛連起高校那時候，拉開了轉(zhuǎn)型大幕，量子互聯(lián)網(wǎng)說不定也能改變世界。”

這項研究是賓大工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院做的，還拿到了戈登與貝蒂?摩爾基金會、美國海軍研究辦公室、美國國家科學(xué)基金會等機(jī)構(gòu)的資助。