量子計(jì)算機(jī)與量子互聯(lián)網(wǎng)

何淑貞　王日遠(yuǎn)

摘要：

計(jì)算機(jī)由電子管計(jì)算機(jī)發(fā)展到晶體管計(jì)算機(jī)，再由晶體管計(jì)算機(jī)走向更高層次的量子計(jì)算機(jī)；互聯(lián)網(wǎng)由電聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到光聯(lián)網(wǎng)，再由光聯(lián)網(wǎng)走向更高層次的量子聯(lián)網(wǎng)。文章通過量子力學(xué)原理和量子“纏結(jié)”理論描述了量子計(jì)算機(jī)與量子互聯(lián)網(wǎng)的概念，并介紹了量子計(jì)算機(jī)與量子互聯(lián)網(wǎng)的研究情況。

關(guān)鍵詞：

量子；纏結(jié)；計(jì)算機(jī)；互聯(lián)網(wǎng)

ABSTRACT:

The computer has been developed at a tremendous pace from the vacuum tube computer to the transistor computer, and the more advanced Quantum Computer is expected to be invented in the near future. Developed from electronic networking, the optical networking is pacing towards the high-level quantum networking. Based on the principle of quantum mechanics and the tangle theory of quantum, the paper describes the concepts of quantum computer and quantum Internet, and also presents their research advances.

KEY WORDS:

Quantum; Tangle; Computer; Internet

人類技術(shù)進(jìn)步總是在科學(xué)的幻想中發(fā)展，現(xiàn)在科學(xué)家們幻想著研制一種新型計(jì)算機(jī)，并建立一種新奇的網(wǎng)絡(luò)。新型計(jì)算機(jī)采用量子作為工作的基礎(chǔ)，計(jì)算速度超過當(dāng)前任何的理論計(jì)算速度，這種計(jì)算機(jī)稱為量子計(jì)算機(jī)；新奇的網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸宇宙間最奇特的物質(zhì)，其傳輸速度如同“心靈感應(yīng)”，這種網(wǎng)絡(luò)叫量子互聯(lián)網(wǎng)，傳輸?shù)钠嫣匚镔|(zhì)稱為“纏結(jié)”信息。

量子計(jì)算機(jī)、量子通信技術(shù)是近十幾年來發(fā)展起來的新技術(shù)，當(dāng)前正處于從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱玫碾A段。

1、量子計(jì)算機(jī)

計(jì)算機(jī)面世50多年來，性能提高了約10億倍。在取得這一巨大成就的同時(shí)，也意味著按老的方式提升計(jì)算機(jī)性能的方法已快走到了盡頭。人們寄希望于新的技術(shù)突破，量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)理論相結(jié)合的產(chǎn)物——量子計(jì)算機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。

1.1 量子與量子力學(xué)

1.1.1 量子

微觀世界的某些物理量不能連續(xù)變化而只能取某些分立值，相鄰兩分立值之差稱為該物理量的一個(gè)量子。普朗克在1900年研究黑體輻射時(shí)，首先發(fā)現(xiàn)了自然現(xiàn)象中的這種不連續(xù)的量子性質(zhì)，并認(rèn)為物質(zhì)吸收或發(fā)射輻射能量時(shí)能量分化為量子的現(xiàn)象只是普遍自然規(guī)律中的一種。同某種場(chǎng)聯(lián)系在一起的基本粒子可稱為這一場(chǎng)的量子，其大小為hv(其中h為普朗克常數(shù)，v為輻射的頻率)，例如電磁場(chǎng)的量子就是光子。每一種量子的數(shù)值都很小，所以在較大物體的運(yùn)動(dòng)中量子化效應(yīng)不發(fā)生顯著影響，各量猶如連續(xù)變化一樣。但是，對(duì)電子、原子等微觀運(yùn)動(dòng)來說，這種量子化效應(yīng)就不能忽略，牛頓力學(xué)對(duì)它們已不適用，必須代之以量子概念發(fā)展起來的量子力學(xué)。

1.1.2 量子力學(xué)

自1897年發(fā)現(xiàn)電子是原子的組成粒子以后，物理學(xué)的中心問題之一就是探索原子內(nèi)部的奧秘。人們逐漸弄清了原子的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，認(rèn)識(shí)了微觀粒子的波-粒二象性，建立了描述分子、原子等微觀系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論體系——量子力學(xué)。量子力學(xué)已成為當(dāng)代物理學(xué)理論中的一大支柱，有力地推動(dòng)了一些學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。由于量子力學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)相當(dāng)復(fù)雜，這里只將與本文相關(guān)的概念加以簡(jiǎn)介。

(1)普朗克量子假說

1900年普朗克發(fā)表能量子假說。普朗克假設(shè)：輻射物質(zhì)中具有帶電的線性諧振子(如分子、原子的振動(dòng)可視作線性諧振子)，由于帶電的關(guān)系，線性諧振子能夠和周圍的電磁場(chǎng)交換能量，這些諧振子與古典物理學(xué)中所說的不同，只可能處于某些特殊狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，相應(yīng)的能量是某一最小能量的整數(shù)倍。在能量觀念上，普朗克的量子假說與物理學(xué)經(jīng)典理論有著本質(zhì)上的區(qū)別。在經(jīng)典的熱力學(xué)理論和電磁場(chǎng)理論中，能量是連續(xù)的，物體所發(fā)射或吸收的能量可以是任意的量值。按著普朗克的量子假說，能量是不連續(xù)的，存在著能量的最小單元(hv)，物體發(fā)射或吸收的能量必須是這個(gè)最小單元的整數(shù)倍，而且是一份一份地按不連續(xù)方式進(jìn)行的。

(2)愛因斯坦光子假說

1905年，愛因斯坦在普朗克量子假說的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出關(guān)于光的本性的光子假說。愛因斯坦認(rèn)為：光不僅像普朗克已指出過的，在發(fā)射和吸收時(shí)，具有粒子性，而且光在空間傳播時(shí)，也具有粒子性，即光是一粒一粒以光速C運(yùn)動(dòng)的粒子流，這些光粒子稱為光量子，也稱為光子，每一個(gè)光子的能量是e=hv(h是普朗克恒量，v是頻率)，不同頻率的光子具有不同的能量。光的能流密度S(即單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的光能)決定于單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的光子數(shù)n，頻率為v的單色光的能流密度為S=nhv。

(3)光子的波-粒二象性

a. 光子的能量、質(zhì)量和動(dòng)量

每個(gè)光子的能量是e=hv，按照相對(duì)論的質(zhì)量-能量關(guān)系式，每個(gè)光子的質(zhì)量：

m=e/C2 =hv/C2

又因光子具有一定的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和速度C，相應(yīng)的光子也有動(dòng)量：

mC=hv/C=h/λ

式中λ為波長(zhǎng)。

b. 光子的波-粒二象性

由愛因斯坦光子假說可知，光不僅具有波動(dòng)性，而且具有粒子性，關(guān)于光的波動(dòng)性和粒子性相互并存的性質(zhì)，稱為波-粒二象性，光子的運(yùn)動(dòng)既可以用動(dòng)量、能量來描述，也可用波長(zhǎng)、頻率來描述。在有些情況下，其粒子性表現(xiàn)突出些；在另一些情況下，又是波動(dòng)性表現(xiàn)的突出些。

1.2 量子計(jì)算機(jī)

1.2.1 量子計(jì)算機(jī)的概念

在人類即將跨入21世紀(jì)之際，信息科學(xué)面臨到新的挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)是否存在極限的運(yùn)算速度？能否實(shí)現(xiàn)不可破譯、不可竊聽的保密通信？諸如此類的問題一直是數(shù)學(xué)家和電子技術(shù)專家們關(guān)注的重要課題。近年來，物理學(xué)家加入到這個(gè)研究行列中，他們成功地將量子理論和信息科學(xué)結(jié)合起來，提出許多令人耳目一新的概念、原理和方法，于是“量子信息”作為新興的學(xué)科分支便應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前量子計(jì)算機(jī)、量子通信和量子密碼術(shù)的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，并取得重要進(jìn)展，其中較為成熟的量子密碼技術(shù)估計(jì)在5～10年內(nèi)可實(shí)際應(yīng)用。量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)理論，這兩個(gè)看起來互不相關(guān)領(lǐng)域的結(jié)合產(chǎn)生了一門新的學(xué)科：量子計(jì)算機(jī)。

支持現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的半導(dǎo)體技術(shù)把電子視為粒子，作為其工作的基礎(chǔ)。然而電子和光子一樣具有波*9鄄粒二象性。當(dāng)其活動(dòng)空間較大時(shí)，的確可以把它當(dāng)作粒子對(duì)待而忽略其波動(dòng)性。一旦活動(dòng)空間減小，例如，當(dāng)集成電路線寬小于0.1 μm(目前已達(dá)到0.13 μm，3～5年后便可達(dá)到0.1 μm)時(shí)，其波動(dòng)性質(zhì)便不可忽略。當(dāng)10年后，集成電路線寬降到0.07 μm甚至0.05 μm，即50 nm時(shí)，器件工藝將達(dá)到納米數(shù)量級(jí)，現(xiàn)在的半導(dǎo)體器件原理就不再適用。納米范圍內(nèi)的新器件，如單電子晶體管、量子器件、分子器件等，統(tǒng)稱為納電子器件。21世紀(jì)上半葉，納電子器件將會(huì)逐步占領(lǐng)市場(chǎng)，其集成度和性能將成千上萬倍地提高，屆時(shí)，信息技術(shù)將從微電子時(shí)代發(fā)展到納電子時(shí)代，所以說21世紀(jì)將是納電子時(shí)代。由此引發(fā)的工作原理建立在量子力學(xué)基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)便是量子計(jì)算機(jī)，量子計(jì)算機(jī)將是納電子時(shí)代的重要產(chǎn)品。

現(xiàn)有的電子計(jì)算機(jī)是以晶體管的“開”和“關(guān)”狀態(tài)來表示二進(jìn)制的0和1。以原子或分子為基本結(jié)構(gòu)的量子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息則基于量子位。也就是說，利用粒子的向上和向下自旋來分別代表0和1。

量子計(jì)算機(jī)的獨(dú)特之處在于，處于量子狀態(tài)的粒子能夠進(jìn)入“超態(tài)”，即同時(shí)沿上、下兩個(gè)方向自旋。這一狀態(tài)可代表1、0以及中間的所有可能數(shù)值。因此，量子計(jì)算機(jī)可以不像常規(guī)計(jì)算機(jī)那樣按順序把數(shù)值相加，而是能夠同時(shí)完成所有數(shù)值的加法。這一特點(diǎn)使得量子計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的功能。使用數(shù)百個(gè)串接原子組成的量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行幾十億次運(yùn)算。

量子計(jì)算機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)。一是能夠?qū)崿F(xiàn)量子并行計(jì)算，加快解題速度。例如：現(xiàn)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域廣泛使用的遠(yuǎn)地面告警等公開鑰密系統(tǒng)，就是以巨大數(shù)的質(zhì)因子分解極為困難作為前提而設(shè)計(jì)出來的。一個(gè)400位長(zhǎng)的數(shù)字要對(duì)其進(jìn)行因子分解，即使使用世界上最快的巨型機(jī)也要用10億年時(shí)間，而人類的歷史才僅僅300多萬年。但若用量子計(jì)算機(jī)求解，有1年左右的時(shí)間便可完成。二是n個(gè)量子位可存儲(chǔ)2n個(gè)數(shù)據(jù)，大大提高了存儲(chǔ)能力。在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)上，數(shù)據(jù)用二進(jìn)制位存儲(chǔ)，每位只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，非0即1。而在量子計(jì)算機(jī)中采用量子位存儲(chǔ)，由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲(chǔ)0又存儲(chǔ)1。這就是說量子位存儲(chǔ)的內(nèi)容可以是0和1的疊加。由于一個(gè)二進(jìn)制位只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)，所以幾個(gè)二進(jìn)制位就只能存儲(chǔ)幾個(gè)數(shù)據(jù)。而一個(gè)量子位可以存儲(chǔ)2個(gè)數(shù)據(jù)，所以n個(gè)量子位就可以存儲(chǔ)2n個(gè)數(shù)據(jù)。這樣，便大大提高了存儲(chǔ)能力。量子計(jì)算機(jī)的弱點(diǎn)一是受環(huán)境影響大，二是糾錯(cuò)不容易。

科學(xué)家們指出，量子計(jì)算將始于“摩爾定律”終結(jié)處。按照著名的“摩爾定律”來推算，隨著電路板蝕刻精度越來越高，中央處理器芯片上集成的晶體管器件越來越密，現(xiàn)有芯片制造方法將在未來10多年內(nèi)達(dá)到極限，無法突破到分子以下的尺度。這一極限大約出現(xiàn)在2020年。為此，世界各國(guó)的研究人員正在加緊開發(fā)新型計(jì)算機(jī)。除量子計(jì)算機(jī)外，生物計(jì)算機(jī)和光計(jì)算機(jī)等也代表著未來計(jì)算機(jī)的發(fā)展方向。

科學(xué)家預(yù)言量子計(jì)算機(jī)將在5年內(nèi)問世。量子計(jì)算機(jī)能利用粒子自旋的特殊性質(zhì)，快速處理大量的信息，運(yùn)算速度將大大超過現(xiàn)有電腦，并將采用新的運(yùn)算方式解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)不能解決的一些問題，目前復(fù)雜的數(shù)學(xué)難題在量子計(jì)算機(jī)面前有可能迎刃而解。

1.2.2 量子計(jì)算機(jī)研究的進(jìn)展情況

根據(jù)目前正在開發(fā)中的量子計(jì)算機(jī)看，量子計(jì)算機(jī)有3種類型：核磁共振(NMR)量子計(jì)算機(jī)、硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)、離子阱量子計(jì)算機(jī)。

(1)核磁共振量子計(jì)算機(jī)

在核磁共振量子計(jì)算機(jī)方面，美國(guó)麻省理工學(xué)院和英國(guó)牛津大學(xué)都開發(fā)出了自己的樣機(jī)，前者叫“堆積式”量子計(jì)算機(jī)，后者叫“咖啡杯”計(jì)算機(jī)。

(2)硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)

硅基半導(dǎo)體量子計(jì)算機(jī)也取得了進(jìn)展，已成功制成由兩個(gè)稱為量子箱的微細(xì)半導(dǎo)體微粒放在一起從而實(shí)現(xiàn)使兩個(gè)原子共享電子的類似于分子鍵的人工分子，它作為今后實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的一種基礎(chǔ)技術(shù)，正受到人們的注意。因?yàn)樗同F(xiàn)有計(jì)算機(jī)一樣，都是建立在硅半導(dǎo)體技術(shù)基礎(chǔ)上的，所以能夠借鑒以往更多的成熟經(jīng)驗(yàn)，因此也更具有吸引力。

(3)離子阱量子計(jì)算機(jī)

離子阱量子計(jì)算機(jī)則是把一系列自旋(基本粒子和原子核的屬性之一，相當(dāng)于它們固有的動(dòng)量矩)為1／2的冷離子禁錮在線性量子勢(shì)阱里，組成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的絕熱系統(tǒng)。同核磁共振計(jì)算機(jī)不同，這種量子計(jì)算機(jī)由激光來實(shí)現(xiàn)自旋翻轉(zhuǎn)的“控制非”操作。由于在這種系統(tǒng)中很容易在任意離子間實(shí)現(xiàn)n位量子門，所以具有光明的前景。

目前，美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司(IBM)、斯坦福大學(xué)和卡爾加里大學(xué)科學(xué)家聯(lián)合研制出了世界上最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)，并首次證明這類裝置有明顯快于常規(guī)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算潛力。領(lǐng)導(dǎo)該研究的IBM科學(xué)家伊薩克·張 2000年8月15日在宣布該成果時(shí)說，這種量子計(jì)算機(jī)使用了5個(gè)原子作為處理器和內(nèi)存。研究人員對(duì)該量子計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)型進(jìn)行了測(cè)試，用它來確定一個(gè)函數(shù)的周期。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，量子計(jì)算機(jī)能夠只需一步就解決任何一個(gè)例題，而常規(guī)計(jì)算機(jī)完成相同的工作卻需要多次循環(huán)運(yùn)算。伊薩克·張認(rèn)為，量子計(jì)算機(jī)有望應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域。用它來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，將會(huì)大大提高網(wǎng)上搜索速度。量子計(jì)算機(jī)也可被用來設(shè)置或破譯密碼，提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，模擬化學(xué)反應(yīng)以加快新藥的研制等。他預(yù)測(cè)說，在今后兩年中將誕生7～10個(gè)原子的量子計(jì)算機(jī)。

日本將在未來10年內(nèi)投資400億日元實(shí)施“量子通信技術(shù)”計(jì)劃。研究課題包括無法破譯的密碼技術(shù)、量子通信所需要的超高速計(jì)算機(jī)和量子傳輸技術(shù)。計(jì)劃在2020年—2030年前后使保密通信網(wǎng)絡(luò)和量子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)達(dá)到實(shí)用化水平。

2、量子互聯(lián)網(wǎng)

2.1 量子互聯(lián)網(wǎng)的概念

建立一個(gè)產(chǎn)生、儲(chǔ)存和傳輸“纏結(jié)”信息的網(wǎng)絡(luò)，是向開發(fā)一種科學(xué)幻想家虛構(gòu)的遠(yuǎn)距離傳輸系統(tǒng)邁出的第一步。利用這種“纏結(jié)”信息還能制造超快速量子計(jì)算機(jī)，并把它們連接成量子互聯(lián)網(wǎng)，為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展開辟新途徑。

2.1.1 “纏結(jié)”信息

所謂“纏結(jié)”是指具有交互作用的粒子之間類似“心靈感應(yīng)”的神奇連接，即使粒子分別位于宇宙空間遙遠(yuǎn)的兩邊，這種連接都能以極快的速度使其連接?！袄p結(jié)”信息已經(jīng)用于量子密碼翻譯、極小規(guī)模的量子計(jì)算和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)确矫妗?/p>

2.1.2 量子互聯(lián)網(wǎng)

根據(jù)“纏結(jié)”的原理，可以將量子計(jì)算機(jī)連接起來，構(gòu)成功能強(qiáng)大的量子互聯(lián)網(wǎng)。如果“纏結(jié)”的信息能夠通過量子互聯(lián)網(wǎng)被瞬間傳輸?shù)饺蚋鱾€(gè)角落，那量子互聯(lián)網(wǎng)將引發(fā)計(jì)算、通信和人類認(rèn)識(shí)宇宙的新革命。

2.2 量子互聯(lián)網(wǎng)的理論與研究進(jìn)展

2.2.1 量子互聯(lián)網(wǎng)的理論

實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)需要香濃理論的突破，所謂香濃理論是指貝爾實(shí)驗(yàn)室的香濃在1940年奠定的經(jīng)典信息論的基礎(chǔ)。香濃理論解決了任何通信信道的理論容量，即沿著通信信道能夠可靠傳輸最大數(shù)量信息的問題，并闡述了有效傳輸信息的壓縮技術(shù)。但是，香濃理論只應(yīng)用于經(jīng)典信息論，量子“纏結(jié)”信息的出現(xiàn)，使香濃理論面臨新的問題，要求香濃理論有所突破，為量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展開辟道路。目前需要解決量子信息奇特的脆弱性和量子“纏結(jié)”信息古怪特性的問題。

(1)量子信息的脆弱性

建立量子互聯(lián)網(wǎng)面臨的一個(gè)問題是量子粒子的脆弱性(容易丟失信息)，也就是說，只要能看到量子粒子，它就有了被破壞的可能性。這個(gè)問題不僅涉及能夠存儲(chǔ)的信息數(shù)量，而且還涉及能夠檢索的信息數(shù)量。解決這個(gè)問題的辦法是測(cè)量量子，通過測(cè)量，掌握量子的變化特性。

(2)量子“纏結(jié)”信息的特性

經(jīng)典信息論是“0”和“1”組成的序列，通過改變導(dǎo)線上的電壓可以實(shí)現(xiàn)這種序列編碼。在一定的電壓電平之上是“1”，反之則是“0”。

量子粒子(如光子)中的部分信息的編碼則具有完全不同的特點(diǎn)。光子在同一時(shí)間有兩種或多種存在狀態(tài)。例如：能夠?qū)⒐庾拥碾妶?chǎng)加以濾波，這樣它就在一個(gè)特定的平面產(chǎn)生極化振蕩。當(dāng)振蕩平面變成垂直極化時(shí)，此平面稱為“0”，當(dāng)振蕩平面變成水平極化時(shí)，此平面稱為“1”。然而，由于“量子疊加”，光子可能同時(shí)垂直和水平極化，可能同時(shí)為“0”和“1”。“纏結(jié)”粒子的奇妙之處在于測(cè)量一對(duì)粒子中的一個(gè)，便能確定另一個(gè)的測(cè)量結(jié)果，而不管這兩個(gè)粒子相距多遠(yuǎn)。這種在時(shí)間和空間內(nèi)魔術(shù)般地連接的兩點(diǎn)，充分說明了“纏結(jié)”信息的含意，意味著“纏結(jié)”將會(huì)給未來的網(wǎng)絡(luò)通信帶來巨大的變化。

2.2.2 量子互聯(lián)網(wǎng)的研究進(jìn)展

1992年IBM公司和TelAviv大學(xué)的研究人員研究認(rèn)為，“纏結(jié)”對(duì)量子信道的容量有極大的影響，目前發(fā)現(xiàn)至少可將信道容量提高一倍。這是因?yàn)樵诹孔有诺乐袀鬏數(shù)拿總€(gè)光子都可能有水平和垂直兩種狀態(tài)，所以把一對(duì)光子連接在一起，就可能變成4種狀態(tài)。利用“纏結(jié)”技術(shù)，一個(gè)光子可以發(fā)送2位信息，從而使信道容量提高一倍。這種現(xiàn)象稱為量子超密集編碼?，F(xiàn)在，應(yīng)用“纏結(jié)”技術(shù)又有新進(jìn)展，研究人員開始研究粒子3重“纏結(jié)”和4重“纏結(jié)”，能使粒子實(shí)現(xiàn)更多的組合狀態(tài)，可以使量子信息以極快的速度通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

但只有傳輸速度沒有傳輸質(zhì)量也不行。這種極快的信息傳輸速度要建立在糾正可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤之上。由于量子“纏結(jié)”狀態(tài)是脆弱的，任何外力都可能產(chǎn)生破壞作用，以致許多物理學(xué)家誤認(rèn)為不可能可靠地傳輸量子信息。但是在最近，IBM和微軟的兩位研究人員對(duì)量子“纏結(jié)”狀態(tài)的脆弱性問題提出了完善的解決方案，其解決方案是利用執(zhí)行量子計(jì)算的軟件來保護(hù)量子信息，使量子信息不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。

2.3 量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展計(jì)劃

1997年奧地利的因斯布魯克大學(xué)的研究人員提出了第一個(gè)量子互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃。2000年3月美國(guó)麻省理工學(xué)院和馬薩諸塞州林肯空軍研究室的研究人員提出了更加接近實(shí)現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)想。他們的設(shè)想是生成一對(duì)光子，并沿著2條光纖傳輸，即一個(gè)光子傳輸給甲地的研究人員，另一個(gè)傳輸給乙地的研究人員。甲乙兩地的研究人員都擁有包含超冷卻原子的激光俘獲器，而原子能吸收光子。研究人員可以確定原子何時(shí)吸收光子而不會(huì)干擾它，并在原子吸收“纏結(jié)”的一對(duì)光子時(shí)檢查甲乙兩地研究人員能夠同時(shí)發(fā)現(xiàn)吸收的光子。當(dāng)確定原子確實(shí)吸收光子時(shí)，原子本身也就變成了“纏結(jié)”的粒子。當(dāng)原子沒有電荷時(shí)，它們不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響，這樣就容易保護(hù)“纏結(jié)”的粒子不受外力的影響。美國(guó)陸軍已向麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究計(jì)劃投資數(shù)百萬美元，以加速量子互聯(lián)網(wǎng)的研究開發(fā)。麻省理工學(xué)院發(fā)布了建立量子互聯(lián)網(wǎng)的詳細(xì)計(jì)劃，并宣布現(xiàn)在建立量子互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)已具備，該計(jì)劃打算在3年內(nèi)建成量子互聯(lián)網(wǎng)，并首先在麻省理工學(xué)院建立3個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，業(yè)界人士分析，全球量子互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)將指日可待?！?/p>

(收稿日期：2002-03-08)

作者簡(jiǎn)介

何淑貞，畢業(yè)于東北大學(xué)自動(dòng)控制系，信息產(chǎn)業(yè)部第4研究所高級(jí)工程師。參加了960路、1 800路大型微波通信設(shè)備的研制工作(該項(xiàng)目獲得國(guó)家科技二等獎(jiǎng))，還參加了有關(guān)CATV、MMDS、SDH等的項(xiàng)目研發(fā)工作，近年來致力于通信熱門課題的探索。已在報(bào)刊及雜志上發(fā)表論文近百篇，著有《CATV與多媒體通信》一書。

王日遠(yuǎn),畢業(yè)于解放軍西安軍械技術(shù)學(xué)院?，F(xiàn)為解放軍第二炮兵技術(shù)裝備部高級(jí)工程師。已在報(bào)刊及雜志上發(fā)表論文10余篇，合著有《CATV網(wǎng)與多媒體通信》一書。