量子互联网从零开始并非易事人类创造力或成最大变数

【猎云网（微信号：ilieyun）】10月4日报导（编译：原子核）

1969年10月29日，经过互联网的前身阿帕网（Arpanet），第一批数据从加州大学洛杉矶分校（UCLA）的一台核算机上传输到帕罗奥多的斯坦福研究所（SRI）。

那天晚上，加州大学洛杉矶分校的团队与SRI团队通着电话，并开端输入“LOGIN”。“咱们输入了‘L’，然后问对面，‘你收到L了吗？’”加州大学洛杉矶分校的核算机科学家Leonard Kleinrock回想道。“‘是的，’SRI答复道。咱们输入了‘O’问，‘你收到O了吗？’‘是的，’SRI相同答复道。咱们输入‘G’然后问，‘你收到G了吗？’糟糕！SRI的主机溃散了。这是现在咱们所说的互联网第一条信息。”

网络传输数据的才干——以及网络溃散的趋势，或许其他不行猜测的状况——一向深深吸引着Stephanie Wehner。这位代尔夫特理工大学物理学家兼核算机科学家说：“在一台核算机上，全部都会水到渠成地发作。但在网络上，会发作许多意想不到的作业。”在两个层面上，这个说法是正确的：彼此衔接的核算机程序会彼此搅扰，发作令人意想不到的作用。相同，网络用户也变得有创造力。Wehner指出，“人们最初会以为咱们仅仅用互联网来发送一些文件”。

Wehner第一次上网是在1992年左右，但在几年后才干轻松地运用互联网。其时她仍是一个十几岁的德国少女，不过现已是一个娴熟的核算机程序员了。很快她就成为一名初出茅庐的互联网黑客。20岁时，她得到了一份“好”的黑客作业，代表一家互联网提供商处理网络缝隙。可是不久，她对黑客作业感到厌烦，开端寻求对信息传输和网络有更深入了解。

Wehner现在是常识首领之一，尽力从零开端创立一种新式的互联网。她正在规划“量子互联网（quantum internet）”，这是一种传输量子比特的网络，而不是传输值为0或1的经典比特。在量子比特中，0和1两种或许性共存。这些“量子位”或许是由两种不同极化组合的光子而组成。经过光缆将量子比特从一个当地发送到另一个当地的才干，或许不会像传统互联网那样彻底改变社会，但它将再次彻底改变科学和文明的许多方面，从安全范畴到核算范畴再到天文学。

Wehner是量子互联网联盟的和谐员。量子互联网联盟是一个欧盟的建议，意图是在整个欧洲大陆树立一个传输量子信息的网络。在上一年10月宣布在《科学》杂志上的一篇论文中，她和两位协作者提出一个完成量子互联网的六阶段方案，其间每个发展阶段都将支撑新的算法和运用。第一个阶段现已开端，是建造一个衔接荷兰四座城市的演示量子网络——一种类似于阿帕网的模仿。量子互联网联盟总部坐落因斯布鲁克大学，其成员Tracy Northup赞扬了“Wehner的远见，以及她为了完成目标而构建大规模结构的奉献精神。”

退出黑客作业后，Wehner进入荷兰的大学学习核算机科学和物理学。她听到量子信息理论家John Preskill在Leiden宣布讲演，描绘量子比特在通讯方面的优势。几年后，在取得博士学位后，她加入了加州理工学院的Preskill小组，开端博士后之旅。

Preskill说，在加州理工学院，除了证明几个关于量子信息、量子暗码学和量子力学自身性质的闻名定理外，Wehner还成为了“一位天然生成的领导者”。Preskill说：“她常常是把人们紧紧联络在一起的粘合剂。”2014年，在新加坡担任了教授后，她搬到了代尔夫特。在那里她开端与试验者协作，为量子互联网奠定根底。

以下采访经过了紧缩和修改。

Q：量子互联网是一个在间隔很远的地址之间传输量子比特的网络。为什么咱们要这么做？

A：咱们的主意不是要替代今日的互联网，而是要真实添加新的和特别的功用。量子网络的各种运用都会在未来才被发现，但咱们现已知道其间十分多的运用方面。当然，最闻名的运用应该是通讯安全：事实上，人们能够运用量子通讯来履行所谓的量子密钥分发，也便是说即便进犯者具有量子核算机，安全性也会坚持不变。一台量子核算机将能够打破现在存在的许多安全协议。

Q：是什么让量子密钥如此安全？

A：了解量子互联网能做什么的一个好办法是考虑“量子羁绊”。“量子羁绊”是指两个量子比特能够具有的一种特别性质，使得一切这些成为或许。羁绊的第一个性质是它是“最大和谐”的：我在这里有一个量子比特，你在纽约有一个量子比特，咱们将运用量子互联网来羁绊这两个量子比特。然后，假如我在这里对我的量子位进行丈量，而你在纽约进行相同的丈量，即便成果没有提早确认，咱们也会得到相同的成果。所以你能够直观地以为，因为量子羁绊的第一个特性，量子互联网十分合适需求和谐的使命。

现在，考虑到这是最大程度的和谐，你或许会说，“嘿，假如这种羁绊能被成百上千的人共享，不是很好吗？“但这实际上是不行能的。所以羁绊的第二个特性是它本质上是私有的。假如我在这里的量子比特和你在纽约的量子比特羁绊在一起，那么咱们知道没有其他的东西能够共享这种羁绊。这便是量子通讯关于需求安全性的问题如此有用的原因。

Q：作为量子通讯最简略的运用之一，量子密钥最快能够在21世纪20年代初在您正在构建的演示网络上运用。今后或许会有哪些更高档的运用呢？

A：新式的长途核算才干将变成或许。假定您有一个专有的原料规划，并且期望在模仿中测验其特性，量子核算机有望比经典核算机做得更好。但你能够幻想，并非每个人都会在他们的客厅里具有一个量子核算机。一种办法是你把你的资料规划发给我，我在我的量子核算机上为你运转一个模仿，然后告知你成果。这当然很好，但现在我也知道了你专利资料的规划。所以量子网络有一点是或许的，你能够运用一个十分简略的量子设备（事实上它一次只能发作一个量子比特），量子网络能够把量子比特从你的设备传输到我强壮的量子核算机。你能够用这种办法，这样我的量子核算机就不能在进行核算时了解你的资料规划。

再举一个比如，人们也现已证明羁绊能够使两地之间的时钟同步愈加精确，这将会有许多运用。量子互联网也能够经过组合长途的望远镜，来制作更好的望远镜。进入望远镜1的光粒子状况经过量子羁绊被传送到望远镜2，然后它们会与望远镜2的光结合。

Q：你也在模仿未来的量子互联网。为什么有这必要？

A：咱们最近在树立一个十分广泛的模仿渠道，现在运转在一台超级核算机上。有了这个渠道，咱们能够探究不同的量子网络结构，并了解很难经过剖析猜测得到的性质。经过这种办法，咱们期望找到一种可扩展的规划，能够使量子通讯广泛整个欧洲。

网络的不行猜测性一向吸引着我。核算机很风趣，但我真实关怀的是把数据从一个点传送到另一个点。这便是为什么我最开端会进入黑客范畴，也是为什么我开端对经典互联网感兴趣并开端触摸它。从底子上说，很难把握网络中发作的作业，因为有太多没有特征的作业。例如，假如你想发送一条音讯，你不能精确地猜测它或许需求多长时间。音讯或许丢掉，电脑或许会死机，或许运转地太慢，或许会损坏数据。它或许以意外的办法更改了协议，因为它或许是旧版别、新版别或歹意版别。

Q：在你成为一个好黑客之前，你是一个坏黑客吗？

A：这不是咱们在采访中能够说的论题！我想那时的国际更夸姣。但我什么都不供认，哈哈。

Q：你为什么决议抛弃当黑客，成为一名科学家？

A：我知道黑客进犯听起来十分令人兴奋，但我现已做了一段时间了。当然有一种办法能够改善，但都是相同的。我觉得无聊，决议去探究一些新的冒险。然后我发现了量子信息理论，那是十分诱人的。

Q：你证明的一个关于量子信息定理是噪声存储定理。这是什么定理呢？它对量子通讯有什么意义吗？

A：噪声存储定理是一种物理假定下的暗码学。在经典国际里，人们常常做一个核算假定。例如，假定很难确认一个大数的素因子，假如这个假定树立，那么我的协议是安全的。这些安全证明很有用并且遍及遍地，但人们应该意识到，它们或许会在今后失效。假如将来有人发明晰一个智能算法来破解安全性所根据的核算问题，安全性很或许会被追溯性地损坏。例如，当咱们有量子核算机时，它们将能够对许多数据进行因子分化，因而根据因子分化的安全性将被损坏。假如有人今日记录了你的音讯，那么他们或许会在今后破译出这些信息。

噪声存储作业便是关于：咱们能不能做一个物理假定，让它不能被追溯性地打破？物理假定是很难在没有噪声的状况下存储许多的量子态，这只需求在很短的时间内完成。假如我假定现在你最多只能存储100万个噪声量子位，那么我能够处理我的协议参数，经过发送比百万个噪声量子位所能捕获到的更多信息来前进安全性。这十分有用，因为假如明日你去买200万量子比特的量子存储器，那就太晚了，究竟信息现已被安全地发送了。

这将答应咱们在量子通讯中完成各种协议。比如说两个人想在不走漏暗码的状况下相互比较对方的暗码。这不像咱们现在运用ATM机输入暗码那样——相反，我要在我自己的设备上输入暗码，它永久不会走漏到ATM机上。在噪声存储假定下，该协议成为或许。

Q：对量子互联网的寻求是否有或许培育人们对自然规律的一种底子见地——也便是一种边做边学的科学办法？

A：科学界有时会做出这样的判别：有些问题是底子性的，有些问题是一般一般的。我以为把人们真实能够运用的东西带到实际国际中历来都不是一般的事。这是十分困难的。从“我有个好主意，让咱们在白板上评论吧”到我现在用来通话的手机，这肯定是令人兴奋的前进。有了量子互联网，咱们正企图从头开端，从零开端。从试验室的前期试验，到咱们企图在荷兰树立的这个网络，再到试验室之外十分有用的、人们能够运用的、能够玩的东西。这些都是那些不知道物理原理的人去做的。假如体系的一部分现已存在，咱们能够说，“现在咱们要改善它。”可是从零到第一个版别的进程十分巨大。

这样做，我想咱们会在几个方面有一个更底子的了解。咱们将经过使这些网络来学习更多的物理常识，但现在咱们还不知道怎么做到这一点。咱们仍在测验不同类型的节点和量子中继器，这些设备能够远间隔传输量子羁绊。在核算机科学范畴，因为与传统通讯的底子差异，咱们将学习一种全新的网络编程和操控办法。

但我也以为，运用这样一个网络，咱们能够取得有关创造力和社会科学的许多信息——也便是人们将怎么去运用这些网络。假如你看看经典的互联网前史就能够知道，人们其时只以为咱们会用它来发送一些文件。这很棒。可是人们变得更有创造力了。

我以为很难为一切的这些作业设定一个时间表，但在你的有生之年，你是否期望看到你所说的量子互联网呢？

我会对这全部坚持达观，是的，我期望看到。