量子互联网是什么？它有什么用？

互联网发展或已进入瓶颈期，需要寻找新的发展方向，而“量子”互联网的出现提供了新的机遇。为什么会出现这一现象呢？

为此，我专门采访了Entengled Networks的首席执行官Aharon Brodutch，请他来为我们介绍量子互联网的具体概念，以及对于大多数普通公众的影响！

Q

Aharon，你好！

请问量子互联网究竟是什么？

量子信息与经典信息有着很大的差异。当我们通过互联网传输信息时，它是以比特为单位进行编码，每一位可以是0或者是1。而量子力学允许系统处于各种可能状态的叠加态。一项名为“薛定谔的猫”的著名假设实验表明，量子猫可以处于“死”与“活”的叠加态。

也就是说，它可以处于一种非死非活的状态，这在量子以外的世界是无法想象的。但这种叠加状态很难维持。我们说回到猫身上，虽然它可能处于这种奇怪的叠加状态，但当我们试图观察它时，便会破坏这种状态，看到一只死猫或活猫。与薛定谔的猫类似，量子比特（qubit）可以是0和1的叠加，进而能开发出更多有趣的应用。但是同样，这种叠加也非常脆弱，如果系统受到干扰，所有量子特性都可能会突然消失。

量子网络是指在量子节点之间传输量子信息的网络，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使其协同工作非常重要，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。

Q

是的，所以我理解的是，这不是为了互相发送猫模因，甚至是薛定谔的猫模因。那么您能具体说下它有什么用途吗？

量子互联网主要用于数据安全领域。量子系统能以叠加态存在（比如非死非活的猫），但却观察不到这种叠加态（当我们观察猫时，它要么死要么活），这一事实使它成为了数据安全领域的一个强大工具。简单的密码学应用是分发可用于加密信息的安全密钥。私有计算更是一个有趣的应用，用户可以在云计算机上运行程序，而包括计算机在内的任何人或物都不知道它们在运行什么。在越来越多地转向云计算的世界中，这是一个极其重要的安全范例。例如，我们不需要相信谷歌，也可以使用Gmail来保护个人信息。

第二个用例便是传感技术。量子传感器可以比经典传感器更灵敏，同样也是因为它具有保持叠加态的能力。量子互联网将允许多个传感器通过可以叠加的共享状态来协同工作。这将使一些特殊的情形成为可能，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。除此之外，上面提到的安全性也将是一个免费功能，可以用来隐藏收集到的信息，不让别人看到。

Q

因此，对于数字传感器或有重大数字信任问题的情况，量子互联网可能是一个比较好的选择！它还将为用户体验带来哪些有意义的改变？

这个问题很难回答。就像在60年代末开发ARPANET时，被问及全球网络的用途一样。当前的用例（如我们刚才讨论的那些）主要针对需要保护数据和使用极其精确传感器的政府和大型企业等高级用户。

从他们的角度来看，这一发展将是现有安全和传感领域的延伸。唯一的例外是在云端安全使用量子计算机的能力。在执行某些计算时，量子计算机将改变这一游戏规则，但预计构建和维护成本会很高。能够安全地使用并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。

未来，如果每个家庭都使用量子互联网，将带来极高的安全性和匿名性。试想一下，在谷歌不知道你是谁或你在做什么的情况下使用谷歌，是一种怎样的体验。无论是积极的还是消极的潜力，都是巨大的。

Q

也就是说，如果考虑的足够全面，我们最终将能够从这些无所不知的科技巨头那里夺回一些隐私。但我想，并不是每个人都能做到，所以可能在无形中会被一些系统所利用。我们真的会知道使用的量子互联网吗？

目前，使用任一种量子技术的人都非常清楚他们正在使用这种技术。然而，从开发人员的角度来看，他们希望让用户的体验尽可能地简单。通常，你不会知道是否有人升级了你计算机的安全功能，或者你的互联网提供商是否升级了网络。你可能会注意到运行速度在变快，但可能甚至都不知道为什么。量子技术的巅峰之作量子计算机也是如此。

作为用户，你可能会意识到能够运行一些以前根本不可能运行的程序，但不需要知道具体原因，比如允许在手机上播放Netflix流媒体需要哪些技术。大多数用户不知道技术突破的本质；他们只是知道这是可行的，或许意识到他们的电话账单发生了改变。

Q

好的，但这是一个复杂的问题。关于量子的讨论太多了，而且已经持续了很长一段时间，但现实却似乎处处碰壁。那么，请问量子互联网真的有可能实现吗？

是的。量子互联网相关的挑战有很多，但其基本概念是基于基础量子力学，即经得住考验的物理理论。如果我们能找到一个导致量子互联网无法实现的原因，这将是过去100年来伟大的科学突破。

Q

太好了！很高兴听到这项技术还在不断的发展。您能跟我们具体介绍一下有哪些人正在构建量子互联网以及相关进展吗？

过去50年来，量子通信一直是一门学术学科，直到在21世纪才有了巨大的发展。然而，无论是过去还是现在，它都主要是物理学家和理论计算机科学家所关注的领域。在过去的几年里，逐渐转向了工业领域，并且目前也开始涉及工程领域。在工业领域不如量子计算那样活跃的一个主要原因是，量子互联网重要的使用场景需要部分节点使用量子计算机。

美国政府最近的举措已经在工业领域取得了一些成果，包括一些专门制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的大型跨国公司也在积极参与。远距离量子网络演示包括跨不同城市的网络以及与卫星的量子通信。

量子计算是一个新兴但发展快速的行业，对量子网络至关重要。大多数现有的量子计算机构建工作都需要网络架构：许多小型量子计算机通过（本地）量子网络协同工作。这与HPC非常相似，HPC由许多计算节点（每个节点都是一台计算机）组成。虽然量子计算机所需的网络与量子互联网不同，但基本的构建模块是相同的。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（如Entengled Networks）开始专注于“多核”量子计算的网络方面。

Q

量子互联网何时才能实现？我已经迫不及待了。

想要实现一个完全成熟的（世界范围内的）量子互联网仍然是一个梦想，很难预测到何时才能完全部署好所有必需的组件。然而，作为构建量子计算机的一部分，对量子网络的需求正推动这一梦想早日成真。同时，这也与保护数据的真实需要以及点对点量子密码的相对成熟度息息相关。

当前的行业时间表表明，在本世纪中期的某个时候，将会需要网络化的“多核”量子计算机（参见IBM最近的发展路线图）。这些时间表表明，量子互联网所需的必要组件将在本世纪末之前准备就绪。因此，这主要是一个超越密码学用例的成熟度问题，而量子互联网对于量子密码学的需求，将推动行业和/或政府朝着量子互联网的方向发展。

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