一组物理学家预测，未来的“量子互联网”可能会在技术成熟之前找到使用。

这种利用量子物理学独特作用的网络将与我们今天使用的传统互联网从根本上有所不同，全世界的研究小组已经在研究其早期发展阶段。第一阶段承诺在通信中几乎坚不可摧的隐私和安全性；一个更成熟的网络可以包括一系列科学应用，而经典系统则无法实现这些应用，包括可以检测引力波的量子传感器。

量子互联网已经到来（而且还没有）

荷兰代尔夫特理工大学的量子互联网研究人员团队现已发布了一份路线图，列出了网络复杂化的各个阶段，并详细介绍了每个层级都会涉及的技术挑战。他们的预测在10月18日的《科学》杂志1中进行了描述。

量子差

研究人员认为，该技术将补充而不是取代现有的Internet，尽管它们没有给出时间范围，但它最终对于诸如大学实验室之类的大用户和个人消费者而言将变得广泛。

他们说，这与量子计算机形成了鲜明对比，他们说“物理学家们正在努力研究的另一种未来技术，其目标是制造出性能超过传统计算机的机器。理论物理学家斯蒂芬妮·韦纳（Stephanie Wehner）与代尔夫特大学（Delft）的同事戴维·埃尔克斯（David Elkouss）和罗纳德·汉森（Ronald Hanson）共同撰写了这篇论文，他说：“在量子计算领域，它的全部或全部还是什至没有。”

德国斯图加特大学的量子物理学家斯特凡妮·巴兹（Stefanie Barz）表示同意。她和其他人说，很难预测哪种技术将首先出现，这是一种被广泛采用的量子互联网或有用的量子计算机。但是，量子网络具有很大的优势，Barz说，“可以逐步建立这样的网络，并且可以在每个步骤中添加不同的功能”。

该路线图还旨在为涉及不同背景的研究人员（包括信息技术，计算机科学，工程学和物理学）的领域建立通用语言。实验物理学家汉森说：“人们谈论的量子网络意味着截然不同的事物。”汉森说，他是代尔夫特小组推动建立一个将四个荷兰城市连接起来的量子互联网示范的推动者。

东京庆应义University大学量子网络工程师罗德尼·范米特（Rodney Van Meter）说，该论文有助于阐明实地目标。他说，“这为我们提供了理解我们正在开发的内容的新词汇。”而且，文件说明应用程序的方式还可以帮助研究人员向潜在投资者解释其建议。“有了这个路线图，我们就可以进行对话。”？/ p>

六个阶段

量子网络和量子计算共享许多概念和技术。两者都利用了经典物理学中没有类似现象的现象：例如，诸如电子或光子之类的量子粒子可以处于两个明确定义的自旋状态，即顺时针或逆时针方向之一，也可以同时组合两者都称为叠加。两个粒子可以是“缠结的” / a>，其中它们共享一个共同的量子态。即使它们相距很远，这也使它们以看似协调的方式行动（例如朝相反的方向旋转）。

量子互联网的六个步骤

研究人员列出了未来的量子互联网可以达到的复杂程度，以及用户在各个层次上可以做什么。

0受信任节点网络：用户可以接收量子生成的代码，但不能发送或接收量子状态。任何两个最终用户都可以共享一个加密密钥（但服务提供商也将知道该密钥）。

1准备并测量：最终用户接收并测量量子态（但不一定涉及纠缠的量子现象）。两个最终用户只能共享一个他们知道的私钥。同样，用户可以在不泄露密码的情况下验证其密码。

2个纠缠分销网络：任何两个最终用户都可以获取纠缠状态（但不能存储它们）。这些提供了可能的最强量子加密。

3个量子存储网络：任何两个最终用户都可以获取并存储纠缠的量子比特（信息的量子单位），并且可以相互传送量子信息。这些网络支持云量子计算。

4和5量子计算网络：网络上的设备是成熟的量子计算机（能够对数据传输进行纠错）。这些阶段将使各种程度的分布式量子计算和量子传感器能够应用于科学实验。

代尔夫特团队已经为量子互联网的发展规划了六个阶段（请参阅“通往量子互联网的六个步骤”）。

第一个（他们说这是第0阶段，因为它没有描述真正的量子互联网）是一个使用户能够建立公用加密密钥，以便他们可以安全地共享其（经典）数据的网络。量子物理学仅在幕后发生：服务提供商使用它来创建密钥。但是提供商也知道密钥，这意味着用户必须信任它。这种类型的网络已经存在，最引人注目的是在中国，它延伸了大约2,000公里，并连接了包括北京和上海在内的主要城市。

在第1阶段，用户将开始进入量子游戏，在该游戏中，发送方创建通常用于光子的量子状态。这些将通过光纤或通过在开放空间上发射的激光脉冲发送到接收器。在此阶段，任何两个用户将能够创建只有他们自己知道的私有加密密钥。

该技术还将使用户能够向诸如ATM之类的机器提交量子密码。机器将能够在不知道密码或无法窃取密码的情况下验证密码。

Wehner说，第一阶段尚未进行大规模尝试，但在小城市规模上已经在技术上可行，尽管这将非常缓慢。中国科学技术大学的潘建伟领导的一个小组在2017年创造了这种传输的世界纪录，当时他们使用卫星连接了相距1200公里的两个实验室。

在第二阶段，量子互联网将利用强大的纠缠现象。它的首要目标是使量子加密基本牢不可破。该阶段所需的大多数技术已经存在，至少作为基本的实验室演示。

第3到第5阶段将首次使任何两个用户能够存储和交换量子位或量子位。它们是量子信息的单位，类似于经典的1和0，但是它们可以同时处于1和0的叠加中。量子位也是量子计算的基础。（学术界和大型公司（例如IBM或Google）中的许多实验室一直在建造越来越复杂的量子计算机；最先进的实验室具有可以容纳几十个量子位的内存。）

进入最后阶段将需要一些突破。汉森团队一直处于这些工作的最前沿，并且正在努力构建首个“量子中继器”，该设备可以帮助纠缠越来越大距离的量子比特。

时钟和选票

最高阶段网络的最早采用者可能是科学家自己。实验室将可以远程连接到第一批先进的量子计算机，或者将此类计算机链接起来作为一台计算机使用。

然后，他们可以使用这些系统执行经典机器无法进行的实验，例如，模拟分子或材料的量子物理学。量子时钟网络可以极大地提高引力波等现象的测量精度，而遥远的光学望远镜可以将它们的量子比特链接起来，从而使图像更清晰。

但是，科学之外也可能有其他应用。在选举中，第5阶段量子互联网可以使选民不仅可以选择一名候选人，还可以选择“荣权”候选人，这包括他们的第二受欢迎的选择。位于马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的物理学家尼科尔·云格·哈珀恩（Nicole Yunger Halpern）说，“净选民”可以使用“古典投票者可以实施的“战略投票方案”吗？量子技术可能会帮助大型团体协调并达成共识，例如，验证诸如比特币之类的电子货币。

康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的理论物理学家Liang Jiang表示，该路线图对更广泛的量子社区很有用，但它主要关注的是代尔夫特小组采用的技术类型。例如，去年江和合作者发表的理论工作表明，中小型网络可以基于微波而不是激光脉冲。

对于这些应用程序是否真正有用，或者量子互联网是否足够复杂以使其可以广泛使用，研究人员并不一致。但是有些人很乐观。韦纳说：“毫无疑问，它一定会存在。”但是，她补充道，“泪以为这需要很长时间”？