什么是量子互联网以及谁将使用它？

好像互联网无法再变得势不可挡，我们不得不去在它前面加上“量子”这个词。为什么？

为了回答这个问题，我最近采访了 Entangled Networks 的首席执行官 Aharon Brodutch，以了解量子互联网有什么大不了的，或者它是否对大多数公众来说都是一笔交易。

Aharon，那么，量子互联网究竟是什么？

量子信息与经典信息有很大不同。当我们通过互联网传输信息时，它是以位编码的。每个位可以是 0 或 1。量子力学允许系统处于叠加状态。一个名为薛定谔猫的著名假想实验表明，一只量子猫可以处于“死”和“活”的叠加状态。也就是说，它可以处于一种既不死也不活的状态，这在量子世界之外是不可想象的。这种叠加状态很难维持。回到猫身上，虽然它可以处于这种奇怪的叠加状态，但当我们试图观察它时，我们会破坏叠加状态，看到的不是一只死猫就是一只活猫。类似于猫，一个量子比特（qubit）可以处于0和1的叠加状态，允许范围广泛的有趣的应用程序。但同样，就像猫一样，叠加非常脆弱，如果系统受到干扰，所有的量子特性都会突然消失。

量子网络是允许量子信息在量子节点之间传输的网络。这些可以是量子计算机、量子传感器或量子密码模块。小型量子网络对于连接量子计算机并让它们协同工作非常重要，类似于超级计算机。量子互联网是一个大型量子网络，允许世界各地的多个用户从量子计算机、量子传感器和量子密码模块等量子节点发送量子信息。

是的，所以我的理解是，这不是为了互相发送猫表情包。甚至薛定谔的猫模因。那你告诉我，它有什么用？

量子互联网最突出的用例以数据安全为中心。量子系统可以叠加存在（想想既不死也不活的猫）但无法观察到的事实叠加（当我们看猫时，它要么死要么活）使它成为数据安全的重要工具。密码学中最简单的应用是分发可用于加密信息的安全密钥。一个更有趣的应用是私有计算，用户可以在云中的计算机上运行程序，而其他任何人（包括计算机）都不知道他们在运行什么。在越来越多地转向云计算的世界中，这是一个非常重要的安全范例。想象一下能够使用 Gmail 而无需信任 Google 来保护您的信息。

第二个用例是传感。量子传感器比传统传感器灵敏得多。同样，这是由于保持叠加的能力。量子互联网将允许多个传感器通过具有可以叠加的共享状态来协同工作。这将使独特的情况成为可能，例如让遍布全球的传感器网络就像一个巨大的设备一样运作。如果这还不够，上面提到的安全性将是一项免费功能，可用于隐藏从不受欢迎的眼睛收集的信息。

所以，如果您是数字传感器或您有重大的数字信任问题，QI 可能适合您！它还将如何有意义地改变用户体验？

这是一个很难回答的问题。想象一下，在开发 ARPANET 的 60 年代末，问一个全球网络将用于什么。当前的用例（如我们刚刚讨论的那些）主要针对需要保护数据和使用极其精确的传感器的政府和大型企业等高级用户。

从他们的角度来看，这项发展将是安全和传感领域现有发展的延伸。一个例外是通过云安全使用量子计算机的能力。量子计算机提供了改变游戏规则的能力来执行某些计算，但预计建造和维护成本很高。安全地使用它们但将它们保存在一个集中位置的能力将允许更广泛的用户群并提供巨大的计算资源。

展望未来，每个家庭中的量子互联网都将带来极高的安全性和匿名性。再一次，想象一下在谷歌不知道你是谁或你在做什么的情况下使用谷歌。潜力——无论是积极的还是消极的——都是巨大的。

因此，如果我们足够精明，我们最终将能够从无所不知、无所不知的科技巨头那里夺回一些匿名性。但不是每个人都足够精明，我想，所以可能会建立系统来无形地利用它。人们真的会知道他们是否在使用它吗？

目前，任何使用任何一种量子技术的人都非常清楚他们正在使用这项技术。然而，从开发者的角度来看，梦想是让用户的体验尽可能简单。通常，您不知道是否有人升级了您计算机上的安全功能，或者您的互联网提供商是否升级了网络。您可能会注意到事情运行得更快，但您甚至可能不知道为什么。甚至量子技术的巅峰之作量子计算机也是如此。作为用户，您可能会意识到您能够运行一些以前根本不可能运行的程序，但您不需要知道为什么会这样。以允许在手机上流式传输 Netflix 所需的技术为例。大多数用户不了解技术突破的本质；

好的，但这是一个大问题。关于量子事物的讨论太多了，而且已经持续了很长时间，但现实似乎正在碰壁。那么，告诉我们，量子互联网真的可能吗？

是的。量子互联网面临许多挑战，但其基本概念基于基本量子力学，这是我们最受考验的物理理论。如果我们找到使量子互联网成为不可能的原因，那将是过去 100 年来最伟大的科学突破。

很高兴知道！我很高兴事情似乎正在取得进展。你能告诉我们更多关于谁在构建量子互联网以及我们在这个过程中走了多远的信息吗？

在过去的 50 年里，量子通信一直作为一门学科进行研究，在 21 世纪得到了巨大的推动。然而，它过去是——现在仍然主要是——在物理学家和理论计算机科学家的领域。在过去的几年中，已经向工业转移，并且正在考虑工程。该领域（在工业界）不如量子计算活跃的一个特殊原因是，量子互联网最重要的用例需要一些节点是量子计算机。

美国政府最近的举措促成了一些行业的工作，包括一些专门建造量子网络设备的初创公司。各种初创公司以及致力于量子密码学的大型跨国公司对此进行了补充。长距离量子网络的演示包括跨多个城市的网络以及与卫星的量子通信。

量子计算——一个新兴但发展迅速的行业——的工作对量子网络很重要。构建量子计算机的大部分现有工作都需要网络架构：许多小型量子计算机在（本地）量子网络上协同工作。这与 HPC 非常相似，HPC 由许多计算节点构成（每个节点都是一台计算机）。虽然量子计算机所需的网络不同于量子互联网，但基本构建块是相同的。大多数量子计算公司都在考虑或积极致力于量子网络。在过去两年中，一些量子网络初创公司（例如 Entangled Networks）专注于“多核”量子计算的网络方面。 

我好不耐烦！我们距离量子互联网还有多远？

一个完全成熟的（全球）量子互联网仍然是一个梦想，而且很难预测何时所有必要的成分都准备好部署。然而，作为构建量子计算机的紧张努力的一部分，对量子网络的需求正在推动这个梦想更接近现实。这与保护数据的真实需求以及点对点量子密码学的相对成熟度相结合。当前的行业时间表表明，在本十年中期的某个时候需要联网的“多核”量子计算机（例如，参见 IBM 最近的路线图）。这些时间表表明，量子互联网的必要组件将在本世纪末之前准备就绪。

审核编辑 黄昊宇