"墨子號"沒閑著 你曉得量子互聯網意義有多大嗎?

一年前，的航天物理學家們發射了世界上首顆量子衛星「墨子號」。和其它通訊衛星不同的是，這顆重達1400磅的「墨子號」並不會發射無線電波，它發射的是一些蘊藏著信息的光量子。我們的「墨子號」衛星肩負著測試一種名為「量子通訊」的新興技術的使命，業內專家們普遍相信，「量子通訊」技術比任何目前我們已知的信息中繼系統，都要更為安全。

自打「墨子號」上天後，它就沒閑著。在今年夏天的時候，「墨子號」衛星背後的科研團隊在《自然》和《科學》雜誌上連續發表了好幾篇論文，這些論文記敘了他們如何在「墨子號」衛星和多個地面衛星接收站之間，實現「糾纏光子」的傳輸。

如果將「量子通訊」比作郵寄一份信件的話，那麼「糾纏光子」就是這封信的信封：糾纏光子能攜帶信息，並確保信息的安全。

「墨子號」首席科學家，來自科學技術大學的潘建偉院士曾表示，在未來的5年內，他還想發射更多的量子衛星。潘院士期望量子通訊能在2030年前，覆蓋到多個國家的地區。也就是說，在未來的13年內，我們或許有望看到「量子互聯網」的誕生。

這意味著什麼呢？簡單來說，這意味著人們可以用量子信號來給別人發信息了——然而，除了這點之外，專家們其實也還沒搞清楚「量子互聯網」還能幹什麼。

「量子互聯網」其實是一個很模糊的詞，加拿大滑鐵盧大學量子項目成員托馬斯 ?詹內懷恩(Thomas Jennewein )表示：「包括我在內的一些人都愛用『量子互聯網』這個詞。然而，這個詞究竟代表著什麼？這目前還沒有一個準確的定義。」

這其中最主要的原因是，有關量子通訊的許多技術目前仍處在一個研究的初期。物理學家們還無法很好地控制和操控量子信號。

潘院士的「墨子號」量子衛星或許能傳輸和接收量子信號，但它無法真正實現量子信息儲存——即便是最好的量子存儲器，它保留信息的時間也無法超過1個小時。除此之外，研究人員們至今也還未搞清楚用什麼材料來造量子存儲器是最好的。

同時，研究者們也不清楚如何才能在未來的量子網路節點間，高效地傳輸量子信號。

要在地球上空鋪滿量子衛星可不便宜——「墨子號」的造價大約為1億美元（約合6.69億元人民幣）。通過在地面上鋪設光纖來進行量子傳輸也不是一個完美的解決方案：在60英裡外，量子信號就會逐漸衰弱。

除此之外，量子信號也無法像電子信號那樣被放大。為此，研究者們也在開發一些特殊的量子中繼器，它能讓量子信號實現長距離的傳輸。

華盛頓大學的物理學家傅凱梅（Kai-Mei Fu）表示，任何研究都是要花時間的，即便潘建偉院士能在2030年前讓他的量子互聯網「跑起來」，但它或許還是無法承載你微信微博的運行，我們甚至會一點兒也不想用它。

就因為「量子互聯網」裡帶個「量子」這個高大上的詞語，並不意味著它的自動化程度就更高。

「在很多情況下，量子通信的意義並不是很大，」傅教授這樣說道。量子信號有一個奇怪的疊加態特性，這意味著確定一個粒子的位置是一個概率事件，它並沒有一個很精準的位置。目前，人們之間的通訊大多是通過「0」和「1」這兩個電信號狀態來實現的，將信息編寫成電信號，要遠比將它們編寫成量子信號簡單得多。

所以量子互聯網的存在的意義究竟是什麼？在不久的未來，量子互聯網很可能會成為我們常規互聯網之外的一個特殊分支。目前，全世界的研究團隊都在研製一些能讓傳統計算機同量子計算機實現互聯的晶元。未來的人們或許絕大部分時間仍然會使用傳統計算機，只有當他們遇到一些特殊任務的時候，才會切換到量子網路。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的物理學家雷納托·雷納（Renato Renner）表示，舉個例子，你或許可以將一個傳統個人計算機聯入到一個量子網路，通過量子加密來發生一條加密信息，當然，前提是我們的量子計算已經足夠成熟。

在量子加密技術方面，一位發信人可以使用一個加密進量子信號的密匙來加密一條信息。根據量子力學的相關法則，如果有人試圖攔截竊取這個密匙的話，他就不得不銷毀它。

傅教授補充表示，量子互聯網對潛力無窮的量子計算方案來說，或許會很有用。鑒於量子計算機在執行一些特殊演算法時的運算速度要遠比傳統計算機快得多，諸如谷歌和IBM這樣的科技巨頭都在緊鑼密鼓地研發量子計算機當中。

然而，谷歌和IBM都不打算賣個人量子計算機，而是計劃將它們研發出的量子計算機布置到雲端，這樣一來，用戶就可以通過網路接入到量子計算機。當用戶進行各自運算的時候，他們或許會想用量子加密技術來加密他們的信息，讓這些信息能更安全地傳輸在他們的個人電腦和雲端量子計算機之間。

「用戶們或許不會想用傳統的方式去發生他們的信息，因為傳統傳輸渠道是很容易被竊聽的。」傅教授這樣說道。

在量子網路的體量成長至像我們目前的互聯網一樣龐大之前——如果這是可能的話——它還需要經歷很長一段發展期。

「有朝一日，數十億台量子設備會被聯入到同一個網路，在這個統一的網路里，任何聯網設備都可以和其它設備實現互聯，幸運的是，在我們有生之年裡，我們是很有可能會見證到這一天的到來。」詹內懷恩教授這樣說道。

量子計算緩慢的推進過程並未打消雷納教授對它的熱情，相反，他非常興奮地發現，這些不斷上演的量子實驗正以這樣一種新方式，來啟發物理學家們去探索量子物理的未知領域。

「所有這些量子實驗項目都會幫助我們更好地去理解量子物理，」雷諾教授最後這樣說道。「作為一名物理學家，我希望強調的是，我們的技術進步並不僅僅只是受應用前景的驅動，它也會受我們探索未知的那顆好奇心的驅動。」

然而，作為普羅大眾的我們來說，我們當然還是會期待新發明的出現。