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宾夕法尼亚大学团队获得巨大突破!甚至还登上了《科学》杂志的研究,实现了量子通信领域的开创性突破,首次用商用光纤网络和日常上网的IP协议,成功传输量子信号。
测试于Verizon园区内一条长达一公里的商用光纤上圆满完成,连接两栋建筑的节点设备运转良好,全程运行顺畅无阻,展现出稳定且高效的性能状态。
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关键功臣是紧凑型 “Q 芯片”,能协调量子与经典信息,兼容现有网络协议,还能自动纠错,传输保真度超97%。
此举使得量子信号依托现有基础设施实现传输成为现实,“量子互联网要来了”也不再是缥缈的幻想。
核心突破
宾夕法尼亚大学团队的成果还登上了《科学》杂志,测试是在Verizon公司园区的光纤网络上做的,搭建量子网络节点的设备,和一公里外的Verizon商用光纤连在了一起。
关键就靠他们开发的紧凑型 “Q 芯片”,这小东西能协调量子和经典信息,还跟现代网络协议完全兼容,被看作未来 “量子互联网”的基石。
研究人员说,这玩意儿可能像当初互联网诞生那样,带来颠覆性改变。
量子通信的底子是“量子纠缠”:两个粒子关联性超强,改一个另一个立马受影响。
靠这特性,量子计算机能互联共享资源,以后搞药物研发、新材料开发啥的,能比现在的超级计算机强多了。
更厉害的是,这芯片不光能传量子信号,还能自动校正噪声,把量子和经典数据打包成标准网络数据包,用现有系统完成路由。
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这无疑是首次于商用运营的光纤网络达成此成就,此般突破,不仅彰显技术实力,更为行业发展开辟新径,意义非凡。
团队中的冯良教授称,此步骤使得大规模实用化量子互联网更进一步,这一进展犹如在科技征程中跨越关键一步,为未来网络发展带来新曙光。
应对难题
为啥量子网络难搞大?关键是量子粒子太“娇贵”,就像薛定谔的猫,没观察时又死又活,一测量量子粒子的特殊状态就没了。
团队的解决办法藏在“Q芯片”里,这芯片能协调常规光信号和量子粒子。
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博士生张亦驰打了个比方:经典信号像“火车头”跑在前面,量子信息装在“车厢”里,咱们测“车头”就能规划路线,还不碰坏“车厢”里的量子信号。
若经典信号具备可测性,那么整个系统便能够借助互联网的IP协议展开通信,如此一来,系统的通信得以依托成熟的网络架构,更为高效稳定。
将量子信息融入人们熟知的IP框架,使其能与经典互联网实现“交流”,如此一来,便可以依托现有的基础设施进行广泛铺展。
真实环境里麻烦更多:温度变了、车开过的震动、甚至地震,都可能干扰光纤,实验室里可没这些问题。
好在团队有纠错招,经典信号受的干扰和量子信号很像,测一下经典信号,就能推断怎么修正量子信号,还不破坏它的量子态。
测试显示,这系统的量子信号传输保真度超97%,芯片用硅做的,能大规模生产,推广起来不难。
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现在这网络就一台服务器、一个节点,连两栋楼,中间是一公里的Verizon光纤,但多造点芯片接进现有光纤,就能扩网。
未来展望
不过量子网络想铺出都市圈,还有个大障碍:目前没法在不破坏纠缠状态的情况下放大量子信号。
虽说有些团队能传 “量子密钥“保障安全通信,但没法直接连量子处理器。
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想突破得靠新设备,但这次研究的意义重大,证明了芯片能在商用光纤上跑量子信号,能用互联网式的路由和切换,还能芯片内纠错,跟现有网络协议兼容。
结语
博士生布罗伯格说:“这就像90年代互联网刚连起高校那时候,拉开了转型大幕,量子互联网说不定也能改变世界。”
这项研究是宾大工程与应用科学学院做的,还拿到了戈登与贝蒂・摩尔基金会、美国海军研究办公室、美国国家科学基金会等机构的资助。