近日，一個國際科研團隊在英國布里斯托爾市成功建立一個新型量子通信試驗網(wǎng)絡，實現(xiàn)了8個節(jié)點的密鑰集中生成和分發(fā)。這一新的網(wǎng)絡架構價格便宜，具有可擴展性，有望促進量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。相關成果發(fā)表在《科學·進展》上。
數(shù)十年來，量子已被視為標準加密技術的革命性替代者。量子密鑰分發(fā)(QKD)允許通信雙方共享用于加密和解密信息的密鑰，而沒有被攔截的風險，但迄今為止，該技術僅在兩個用戶之間有效。如果要以這種方式鏈接多個通信伙伴，則每個參與者都必須彼此連接，這需要大量昂貴的硬件。建立這樣的量子通信網(wǎng)絡需要巨大成本，而且太多額外的硬件還會降低系統(tǒng)的安全性。
最近，來自英國、奧地利、克羅地亞和中國的科學家團隊成功建立了一個集中生成和分發(fā)密鑰的8節(jié)點量子通信試驗網(wǎng)絡，并通過布里斯托爾市的光纖網(wǎng)絡測試了量子通信能力。該網(wǎng)絡沒有可信節(jié)點，共用一個偏振糾纏光子對源，并最大限度地減少了基礎架構以及所需的用戶硬件。此前可能需要花費數(shù)年、耗資數(shù)千萬乃至數(shù)億英鎊才能建成的量子通信網(wǎng)絡，通過采用新的解決方案，研究團隊在幾個月時間里，僅花費不到30萬英鎊(不到此前成本的百分之一)，就為8個用戶創(chuàng)建了量子通信試驗網(wǎng)絡。
這是迄今為止最大的、沒有可信節(jié)點的量子網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中的量子加密由中央源產(chǎn)生糾纏光子對，然后通過光纖將它們分別分配給網(wǎng)絡參與者。通過所謂的多路復用技術，研究人員不必再復制整個通信系統(tǒng)，而是將單個系統(tǒng)發(fā)出的光粒子分開，從而可以被多個用戶有效地接收。由于使用不同的波長，通信伙伴可以將精力集中在相關的波長上，而忽略其余的光子。其新穎的網(wǎng)絡拓撲結構可輕松擴展到許多用戶，并具有流量管理功能。
用于量子加密的新網(wǎng)絡架構可能會成為未來量子互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。新技術還可以用于連接網(wǎng)絡中的量子計算機，從而創(chuàng)建量子計算機的云。論文第一作者、布里斯托爾大學的賽達斯·喬希博士說：“多路復用的新方法與現(xiàn)有技術集成在一起，使量子通信網(wǎng)絡只需要最少的硬件。這一解決方案具有可擴展性，相對便宜，而且最重要的是不可滲透。這代表了巨大的突破，將使量子互聯(lián)網(wǎng)變得更加現(xiàn)實，為其更快發(fā)展和廣泛推廣鋪平道路。”
總編輯圈點
量子具有很多神奇的特性。比如，測量會改變或破壞量子的狀態(tài)。量子通信的安全性就與該特征密切相關，因為一旦有人竊聽，量子信息的狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而被發(fā)送者或接收者發(fā)現(xiàn)，進而停止信息傳送。此前的量子通信實驗主要是在兩個節(jié)點之間進行，上述新實驗建立了8節(jié)點量子通信實驗網(wǎng)絡，而且與以往相比成本大大降低，這將有助于量子通信技術的應用和推廣。(李山)
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