三个量子节点支持量子互联网的新架构

荷兰量子计算公司QuTech的研究人员成功地将三个量子设备连接在同一个网络中。此外，他们还演示了关键量子网络协议的原理。这一发现标志着未来量子互联网的一个重要里程碑。相关研究成果发表于当地时间15日《科学》杂志。

量子纠缠为量子计算机提供了巨大的计算能力，是未来量子互联网上共享量子信息的基本资源。在过去的10年里，科学家们通过连接两个共享直接物理链路的量子设备，迈出了量子互联网的第一步。然而，通过中间节点(类似于路由器)传输量子信息的能力对于创建可扩展的量子网络非常重要。此外，许多量子互联网应用依赖于分布在多个节点之间的纠缠量子位。

基本的量子网络由三个量子节点组成，在同一栋建筑内相隔一定距离。为了使这些节点作为一个真正的网络运行，研究人员必须发明一种可以扩展到单个链路之外的新架构。这一次，研究人员率先通过中间节点连接两个量子器件，在几个独立的量子器件之间建立了共享纠缠。

在本研究中，中间节点(称为“鲍勃”)与两个外部节点(称为“爱丽丝”和“查理”)有物理连接，并可以与这些节点中的每一个建立纠缠链路。鲍勃配备了一个额外的量子位，可以用作存储器，以便在建立新的链路时，可以存储以前生成的量子链路。在建立了爱丽丝-鲍勃和鲍勃-查理之间的量子链接后，鲍勃的一组量子操作将这些链接转换为爱丽丝-查理量子链接。或者，通过在Bob执行一组不同的量子操作，可以在所有三个节点之间建立纠缠。

网络的一个重要特征是它通过“符号”信号宣布这些协议的成功完成。这对可扩展性非常重要，因为在未来的量子互联网中，许多这样的协议需要串联。研究员索菲赫尔曼斯说，一旦链接建立，我们就可以保存纠缠态，并保护它们免受噪声干扰。“这意味着，原则上，我们可以将这些状态用于量子密钥分发、量子计算或任何其他后续量子协议。”

这是第一个基于纠缠的量子网络，为研究人员开发和测试量子互联网的硬件、软件和协议提供了一个独特的测试平台。研究人员表示，未来的量子互联网将由众多量子设备和中间节点组成。

QuTech研究人员已经在研究与现有数据基础设施的兼容性。目前的原理验证方法将在QuTech的量子互联网演示器上进行测试，第一条城域链路计划于2022年完成。未来，研究人员将致力于在3节点网络中添加更多的量子位，并添加更高级别的软件和硬件层。