世界上第一個鏈路層協(xié)議使量子互聯(lián)網(wǎng)更接近現(xiàn)實

QuTech的研究人員在量子互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面取得了世界第一的成功。由Stephanie Wehner教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)了一種所謂的鏈路層協(xié)議，它將量子糾纏現(xiàn)象從實驗物理學(xué)帶到現(xiàn)實世界的量子網(wǎng)絡(luò)。這使得量子互聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，提供通過傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)的應(yīng)用程序的日子更加接近。這項工作今天在ACM SIGCOMM上發(fā)布。

在傳統(tǒng)計算中，稱為網(wǎng)絡(luò)堆棧的軟件層的集合允許計算機彼此通信。網(wǎng)絡(luò)堆棧的基礎(chǔ)是通信協(xié)議，例如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議或HTTP。Stephanie Wehner解釋說，網(wǎng)絡(luò)使用的一個基本協(xié)議是鏈路層協(xié)議，它克服了不完美硬件引起的問題：“我們所有人都在日常生活中使用經(jīng)典的鏈路層協(xié)議。一個例子是Wi-Fi，它允許不可靠無線電信號受到中斷和干擾 - 用于在兼容設(shè)備之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。“

基于量子比特或量子比特的傳輸?shù)牧孔泳W(wǎng)絡(luò)需要相同水平的可靠性。Stephanie Wehner說：“在我們的工作中，我們提出了一個量子網(wǎng)絡(luò)堆棧，并為量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了世界上第一個鏈路層協(xié)議。”

事實證明，現(xiàn)有的經(jīng)典協(xié)議無法幫助量子世界。所使用的技術(shù)之間的差異提出了一個挑戰(zhàn)。斯蒂芬妮·韋納：“目前，量子比特不能長時間保存在內(nèi)存中。這意味著需要快速控制決策。通過創(chuàng)建這種鏈路層協(xié)議，我們克服了一些非?？量痰奈锢碚系K所帶來??的障礙。 “。

未來的量子互聯(lián)網(wǎng)和我們今天看到的互聯(lián)網(wǎng)之間也存在一些根本的差異。Stephanie Wehner說兩個量子比特可以被糾纏：“這種糾纏就像一個連接。這與我們通常只發(fā)送信號的經(jīng)典鏈路層協(xié)議的情況非常不同。在這種情況下，沒有內(nèi)置的連接感在基礎(chǔ)層面。“

量子互聯(lián)網(wǎng)

糾纏現(xiàn)象構(gòu)成了量子互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。當(dāng)兩個基本粒子纏繞時，它們彼此連接，使得沒有其他任何東西可以分享這種連接。研究員Axel Dahlberg表示，這可以實現(xiàn)全新的應(yīng)用范圍“安全性是一個重要的應(yīng)用。在物理上不可能竊聽兩個用戶之間的糾纏網(wǎng)絡(luò)連接。再舉一個例子，該技術(shù)還允許改進時鐘同步，或者它可以加入相距很遠(yuǎn)的天文望遠(yuǎn)鏡，因此它們可以作為一個巨大的單一望遠(yuǎn)鏡。“

研究員Matthew Skrzypczyk表示，所提出的量子網(wǎng)絡(luò)堆棧和鏈路層協(xié)議的一個重要特征是，使用該協(xié)議編寫的任何未來軟件都將與許多量子硬件平臺兼容。“利用我們的鏈路層協(xié)議的人不再需要知道底層量子硬件是什么。在我們的論文中，我們研究了協(xié)議在鉆石中氮空位中心的性能，這些中心本質(zhì)上是小型量子計算機。但是，我們的協(xié)議例如，也可以在Ion Traps上實現(xiàn)。這也意味著我們的鏈路層協(xié)議將來可用于許多不同類型的量子硬件。“

構(gòu)建量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

Stephanie Wehner表示，下一步將是使用鏈路層協(xié)議測試和演示新的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：“我們的鏈路層協(xié)議允許我們可靠地在通過直接物理鏈路(例如電信)連接的兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間產(chǎn)生糾纏下一步是在中間節(jié)點的幫助下，在光纖不直接連接的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間產(chǎn)生糾纏。為了實現(xiàn)大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)，超越物理實驗，移動是很重要的。建立量子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這是資助的量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(QIA)的目標(biāo)之一。“