信息搜索、收發(fā)郵件、視頻會(huì)議……我們的日常生活已經(jīng)與互聯(lián)網(wǎng)密不可分。距離互聯(lián)網(wǎng)的前身、美國(guó)軍方組建的“阿帕網(wǎng)”誕生已逾半個(gè)世紀(jì)，量子互聯(lián)網(wǎng)這一新興技術(shù)名詞最近又頻頻出現(xiàn)在美歐科技戰(zhàn)略規(guī)劃中。它將給當(dāng)下互聯(lián)互通的世界帶來(lái)哪些顛覆性變化?未來(lái)是否有取代傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的可能?
量子互聯(lián)網(wǎng)會(huì)取代傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)嗎
在“互聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)上疊加了“量子”概念，究竟與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)有何不同?
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子互聯(lián)網(wǎng)利用了量子物理學(xué)的獨(dú)特原理，與今天使用的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)有本質(zhì)差異。相關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，可將量子互聯(lián)網(wǎng)視為由多個(gè)量子計(jì)算機(jī)或其他量子器件組成的廣大網(wǎng)絡(luò)，核心功能是能完全實(shí)現(xiàn)任意節(jié)點(diǎn)之間的量子信息傳遞，從而開(kāi)啟全量子信息處理的新時(shí)代。
這里還需打破一個(gè)誤解，量子互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是互補(bǔ)關(guān)系，而非替代關(guān)系。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)曾在美國(guó)《科學(xué)》雜志發(fā)表一篇關(guān)于量子互聯(lián)網(wǎng)的綜述。綜述稱(chēng)，量子互聯(lián)網(wǎng)將和人們今天使用的經(jīng)典互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，通過(guò)連接量子信息處理器，可獲得經(jīng)典信息處理器無(wú)法具備的能力。
百度研究院量子計(jì)算研究所所長(zhǎng)段潤(rùn)堯在接受新華社記者專(zhuān)訪時(shí)介紹，量子互聯(lián)網(wǎng)在傳輸速度、信道容量以及安全性等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，可進(jìn)一步提升傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)在這些方面的性能。此外，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)作為經(jīng)典通信最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，也將持續(xù)在量子互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代扮演關(guān)鍵角色。
量子互聯(lián)網(wǎng)最核心的技術(shù)基礎(chǔ)還是高可靠的量子通信，即構(gòu)建足夠高質(zhì)量的量子通信信道來(lái)實(shí)現(xiàn)量子信息的高保真度長(zhǎng)程傳輸。正如目前廣泛使用的傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)需要路由器、交換機(jī)等基礎(chǔ)設(shè)施，量子互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)也需要量子中繼器、量子路由器、量子存儲(chǔ)器等核心技術(shù)器件。
量子互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)應(yīng)用前景如何
相關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，從現(xiàn)在到今后約5至7年內(nèi)，量子互聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用是量子通信技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的“賦能”，集中在國(guó)家安全、金融安全及其他高度依賴安全通信的領(lǐng)域。段潤(rùn)堯說(shuō)，這方面的代表性技術(shù)還是量子密鑰分發(fā)(QKD)。之后，隨著量子糾纏分發(fā)和量子計(jì)算等技術(shù)的逐步完善，量子云服務(wù)會(huì)日益普遍，普通用戶也可使用遠(yuǎn)程的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)。
此外，利用量子互聯(lián)網(wǎng)還有望實(shí)現(xiàn)全新傳感技術(shù)，在軍事國(guó)防中有較大應(yīng)用潛力。北京理工大學(xué)物理學(xué)院量子技術(shù)研究中心教授尹璋琦介紹，量子互聯(lián)網(wǎng)能夠帶來(lái)傳感靈敏度的極大提升。例如，利用量子網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的時(shí)間基準(zhǔn)一旦用于北斗全球定位系統(tǒng)，將會(huì)極大提升其授時(shí)、定位精度與安全性。
不過(guò)，段潤(rùn)堯估計(jì)，要實(shí)現(xiàn)全聯(lián)通的大規(guī)模量子通信需10年以上，這高度依賴量子計(jì)算的實(shí)際進(jìn)展。由于我們對(duì)量子計(jì)算的能力和應(yīng)用還有待認(rèn)識(shí)，到那時(shí)量子互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用就更需“大膽想象”。比如，或許可以遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)醫(yī)療樣本的高精度采樣和傳遞，從而在一定意義上消除醫(yī)療資源等在物理空間上的分布限制。另一潛在應(yīng)用是將通信網(wǎng)絡(luò)的范圍擴(kuò)展到地球之外的太空，借助量子計(jì)算和量子通信技術(shù)揭開(kāi)宇宙更多的奧秘。
美歐加緊布局量子互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)
美國(guó)和歐洲已意識(shí)到了量子互聯(lián)網(wǎng)的上述重大戰(zhàn)略意義，率先在政府層面出臺(tái)了相關(guān)規(guī)劃。
歐盟“量子旗艦計(jì)劃”官網(wǎng)今年3月發(fā)布《戰(zhàn)略研究議程》報(bào)告。報(bào)告稱(chēng)，未來(lái)3年將推動(dòng)建設(shè)歐洲范圍的量子通信網(wǎng)絡(luò)，完善和擴(kuò)展現(xiàn)有數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，為未來(lái)的量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
今年7月，美國(guó)能源部公布了量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略藍(lán)圖，提出要確保美國(guó)處于全球量子競(jìng)賽的前列，引領(lǐng)通信新時(shí)代。美國(guó)能源部下屬各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)及工業(yè)界人士今年2月在紐約制定了這份戰(zhàn)略藍(lán)圖，內(nèi)容包括要完成的核心研究、工程和設(shè)計(jì)瓶頸以及近期要達(dá)成的目標(biāo)。能源部下屬的17個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將聯(lián)網(wǎng)成為未來(lái)量子互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)，然后逐漸加入大學(xué)、私營(yíng)企業(yè)等。
尹璋琦說(shuō)，這份路線圖是美國(guó)國(guó)家量子戰(zhàn)略的產(chǎn)物。“在美國(guó)政府看來(lái)，量子互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的意義與1969年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目局(DARPA)資助實(shí)現(xiàn)的全球首個(gè)網(wǎng)絡(luò)‘阿帕網(wǎng)’是可以比擬的。”
