美国正在建设"几乎无法破解"的国家量子互联网

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美国能源部（The Department of Energy，DOE）7月23日在芝加哥大学举行的新闻发布会上发布了量子互联网（Quantum Internet）蓝图。该蓝图设立了一个5年目标，计划使量子网络成为基础科学和关键技术的重点环节，并扩散其影响力，开发相关应用。另有一个长期的20年目标，即利用网络化量子设备来实现传统技术无法实现的新功能。

并表示，进展顺利有望10年内完成。

量子网络是一种运用量子力学原理搭建起来的互联网，能够使绝对安全的网络通信成为可能。由于对量子体的任何测量行为都是对量子体的一次修改，所以任何窥探量子信息的企图都会留下马脚，可以被量子信息的接收者监测到。在量子互联网的帮助下，用户将有望在一个绝对安全的通讯网络上发送信息。

美国希望发展一个量子互联网，以实现更安全的通信并推进重力波检测等领域的科学研究，蓝图概述了其关键目标以及在实现该概念之前需要解决的研究挑战，主要研究目标包括构建量子互联网设备、开发路由技术以及找出纠正量子比特跨量子网络传播时出现的数据错误的方法。

TCP / IP 5层参考模型与Quantum Internet网络体系结构

能源部提出的量子互联网是一种以量子比特（qubit）而非传统的 bit 形式传输数据的网络，亚原子粒子的量子特性不仅有助于构建复杂的非经典计算机，而且在理论上也有助于创建新型网络。能源部科学副部长希望有朝一日，量子互联网将转变为完整的第二个互联网，即与数字互联网并行的互联网。

量子网络一个重大优势是其安全性，一般被认为“无法破解”。基于量子力学的相关理论（量子纠缠、量子叠加、测不准原理等），跨网络链接压缩的量子位受观察者的影响，想要窃听通信数据则意味着会修改量子位状态，进而改变原始数据。

目前芝加哥大学的研究人员与美国能源部的一个实验室合作，建立了一个 52 英里的量子互联网原型，该网络最近成功完成了首次纠缠实验。为了进行进一步研究，该网络将与费米实验室运营的另一个网络相连，创建一个 80 英里的科学测验场。

值得一提的是，目前我国已经成功达成50公里实验，约合为31英里

该发展计划被寄予厚望，采用量子互联网的早期用户可能包括金融和医疗保健行业，以及国家安全应用和航空通信，将来可能会被用来为超精确的量子传感器集群供电，以检测引力波、跟踪火山喷发以及广泛的其它科学应用。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授、美国阿贡国家实验室资深科学家大卫·奥沙洛姆（David Awschalom）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。

目前还不清楚将如何资助这项工作，美国能源部并没有公布该项目的资金数额。负责科学事务的能源部副部长保罗·达巴（Paul Dabbar）表示，政府每年在量子信息技术方面投入约5亿至7亿美元，其中一部分资金将用于量子互联网建设。

但这份38页的文件只是列出研究重点和目标，但没有详细的任务划分。研究人员说，量子互联网的最初用户可能包括国家安全机构、金融机构和希望更安全发送数据的医疗保健公司。

在芝加哥地区，阿贡国家实验室已经建立了一个83公里长的量子网络，不久还将连接到附近的费米实验室，建成一个长达128公里的测试平台。在纽约，石溪大学和布鲁克海文国家实验室已经建立了另一个128公里长的量子网络。

斯宾佐里斯说，量子互联网计划是利用光纤电缆、装有量子通信硬件的卫星和无人机，在全国范围内逐步连通本地网络。但研究人员说，能够放大量子网络信号的量子中继器仍有待开发。

但是，正如《华盛顿邮报》报道的那样，在发展量子网络方面，美国并非遥遥领先，中国是其最大的竞争对手。北京和上海之间存在一条1,263英里的量子连接，这使美国迄今为止的努力相形见绌。

下载地址：

https://www.energy.gov/sites/prod/files/2020/07/f76/QuantumWkshpRpt20FINAL_Nav_0.pdf

参考：cnbeta，福布斯，华盛顿邮报，美国能源部

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