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参考消息网11月17日报道 科学家正在测试黑客无法入侵的量子互联网。构建更安全、更强大互联网的秘诀可能隐藏在某个地下室中看起来适合放置扫帚和拖把的壁橱里。

据法新社报道,这个宽3英尺(约合0.9米)的“储物间”位于芝加哥大学的一个实验室内。“储物间”里有一排硬件,它们“小心翼翼地”将量子发射到光纤网络中。其目标是,利用大自然中最小的物体共享无法被破解的加密信息——并最终将能够进行海量计算的量子计算机连接成网络。

设备间LL211A那具有迷惑性的朴素外观掩盖了这个项目的重要性。量子研究对互联网的未来极端重要,因为量子互联网可以保护金融交易和医疗数据,防止身份被盗用,以及阻止黑客入侵。

荣获今年诺贝尔物理学奖的三名物理学家在量子领域开展的研究为构建未来的互联网铺平了道路。

在广泛应用之前,量子研究仍有许多障碍需要克服。银行、医疗公司和其他实体正开始进行量子互联网实验。一些行业也开始试用早期的量子计算机,看它们最终是否能破解现有计算机无法解决的问题,例如发明新药来治疗棘手的疾病。

全球网络示意图(视觉中国)

芝加哥大学量子研究团队的研究生格兰特·史密斯说,目前还无法想象所有潜在用途。

他说:“当人们首次创造出连接研究型计算机、大学和国家实验室的互联网雏形时,他们无论如何都预料不到电子商务的出现。”

量子物理学研究始于20世纪初。当时,科学家发现,宇宙中最微小的物体——原子和亚原子粒子——的行为方式与宏观世界中的物质不同,例如,它们似乎可以同时出现在多个地方。

这些被称为第一次量子革命的发现带来了激光和原子钟等新技术。而现在的研究则有助于科学家进一步利用量子世界的特殊能力。芝加哥大学普里茨克分子工程学院教授、量子研究团队负责人戴维·奥沙洛姆称,这是第二次量子革命。

他说,该领域正“试图将大自然在最基础层面上的行为方式应用到我们的世界中来,并利用这些行为来开发新技术和应用方式”。

现有计算机和通信网络通过将信息分解成长长的比特流——通常是代表0或1的电脉冲或光脉冲——来存储、处理和传输它们。

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量子信息的基本单位是量子比特,它可以既是1也是0,亦可处于任意中间态。这种灵活性被称为“叠加态”,这一特性使得它们能够以新的方式处理信息。一些物理学家把它们比作一枚旋转的硬币,即同时处于正面和反面状态。

量子比特还能呈现出“纠缠”状态,即两个或两个以上粒子有着密不可分的联系,即便相互之间的物理距离再遥远,也可以精确地互相映射,爱因斯坦称之为“幽灵般的远距作用”。

这个壁橱里的硬件与一个长124英里(约合200公里)的光纤网络相连。该网络从该大学位于芝加哥南部的校园一直延伸到西郊的两座实验室。

该研究团队正在利用光子通过网络发送加密密钥,以观察它们在高速公路、桥梁和收费站之下的光纤中的运行情况。量子极其脆弱,很容易因受到微小干扰(比如振动或温度变化)而发生故障,因此在现实世界中长距离发送它们是很困难的。

在芝加哥大学地下室的这个壁橱里,一台机器会释放出成对的处于纠缠态的光子,并通过网络将一对光子中的一个发送到30英里外的一座实验室。一个加密密钥被编码在一串成对的光子上。

因为成对的光子处于纠缠态,所以它们是完全同步的。奥沙洛姆说:“在某种意义上,你可以把它们视为单一信息。”

当行进的光子到达网络另一边的实验室时,那里的科学家会对它们进行测量并提取密钥。

奥沙洛姆说,任何试图侵入该网络拦截密钥的人都会失败,因为量子力学定律规定,任何试图观测处于量子态的粒子的行为都会自动改变这些粒子,并破坏其传递的信息。发送者和接收者也会被提醒注意未遂的“窃听”行为。

这便是科学家认为该技术具有广阔前景的原因之一。

耶鲁大学物理学教授史蒂文·格文在谈到量子技术领域的最新发现时说:“人们需要克服巨大的技术困难,但你可以说,这可能与20世纪的技术革命同等重要,那时的技术革命为我们带来了激光、晶体管和原子钟,还有全球定位卫星和互联网。”

科学家正在位于波士顿、纽约、马里兰和亚利桑那的类似测试基地做实验。荷兰、德国、瑞士和中国也设有实验性网络。

他们的目标是,有朝一日通过光纤和卫星连接,将所有这些测试基地连接成一个最终横跨全球的量子互联网雏形。随着量子网络的发展,最理想的情况是,它不仅可以用于发送加密信息,还可以连接量子计算机并提高后者的运算能力,就像云端之于现有计算机。

史密斯说:“量子互联网的概念正处于诞生过程中。”

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