當(dāng)年熱播的美劇“英雄”中，幾乎沒有哪個(gè)角色能像中村寬那樣立刻受到人們的喜愛。擁有操縱時(shí)空的能力，小宏不僅能讓時(shí)間變慢、加速、停止，他還能從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方。如果你需要到達(dá)一個(gè)特定的時(shí)間和空間點(diǎn)去對抗邪惡的腦外科醫(yī)生或阻止世界末日，這是一個(gè)有用的技能。如果你想建立量子互聯(lián)網(wǎng)，它也很有用。

由代爾夫特理工大學(xué)和荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織合作的QuTech的研究人員最近朝著實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)邁出了一大步。他們第一次成功地在一個(gè)基本網(wǎng)絡(luò)上的不相鄰量子位之間發(fā)送量子信息。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)使用比特、0和1來編碼信息，而量子計(jì)算機(jī)則使用量子比特或量子位。量子位的工作方式與比特基本相同，除了它能夠同時(shí)容納0和1，從而實(shí)現(xiàn)更快、更強(qiáng)大的計(jì)算。當(dāng)你想把信息傳送到另一個(gè)地方時(shí)，麻煩就開始了。量子計(jì)算有一個(gè)通信問題。

今天，如果你想把信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的另一臺計(jì)算機(jī)，這在很大程度上是通過光纖電纜通過光來實(shí)現(xiàn)的。來自量子比特的信息也可以以同樣的方式傳輸，但只能在短距離內(nèi)可靠地傳輸。光纖網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)相對較高的損失率，并依賴于克隆比特和增強(qiáng)其信號，以傳輸?shù)娘@著距離。然而，量子比特不能被復(fù)制或增強(qiáng)。這意味著，如果信息丟失了，它就永遠(yuǎn)丟失了，而旅行的時(shí)間越長，這種情況發(fā)生的可能性就越大。

這就是中村寬發(fā)揮作用的地方，或者至少是他的量子對等體。為了可靠地傳輸量子數(shù)據(jù)，科學(xué)家們使用了量子隱形傳態(tài)，這是一種依賴于糾纏的現(xiàn)象，也就是愛因斯坦所說的“幽靈般的遠(yuǎn)距離作用”。

與量子的所有事物一樣，理解糾纏不是最簡單的努力，但為了我們的目的，我們將簡化。當(dāng)兩個(gè)粒子糾纏在一起時(shí)，它們共享一個(gè)連接，無論它們之間的物理距離如何。通過知道一個(gè)糾纏粒子的狀態(tài)，你可以立即知道另一個(gè)粒子的狀態(tài)，即使它在視野之外。這有點(diǎn)像讓兩個(gè)人共用一雙鞋。如果你知道第一個(gè)人擁有右鞋，那么你就知道第二個(gè)人擁有左鞋。

利用這種詭異的連接，科學(xué)家可以在兩個(gè)粒子之間傳遞信息，信息在一個(gè)粒子上出現(xiàn)，在另一個(gè)粒子上瞬間消失。這就是瞬間移動的類比。首先，它在這里，然后在那里，不需要沿著電纜旅行。重要的是，只有信息被傳遞，而不是任何物質(zhì)。

量子隱形傳態(tài)并不是什么新鮮事。以前也有人這樣做過，但總是在兩個(gè)直接相連的糾纏粒子之間。用通訊術(shù)語來說，這相當(dāng)于用一根繩子連接兩個(gè)罐子和你隔壁房間的朋友聊天。為了創(chuàng)建一個(gè)真正的量子網(wǎng)絡(luò)，我們需要能夠使用中介在不相鄰的節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。

在這種情況下，研究人員希望在名為Alice和Charlie的節(jié)點(diǎn)之間傳遞信息，使用Bob作為中間人。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，鮑勃創(chuàng)建了一個(gè)與愛麗絲的糾纏態(tài)，并將他的糾纏態(tài)存儲在一個(gè)量子存儲器中。接下來，Bob和Charlie重復(fù)這個(gè)過程。然后，利用QuTech的研究人員所描述的“量子力學(xué)把戲”，鮑勃完成了一次測量，并傳遞了愛麗絲和查理之間的糾纏。

一旦完成，Charlie準(zhǔn)備好他想要發(fā)送的信息，并在他的信息和他與Alice的那一半糾纏之間完成一個(gè)復(fù)雜的測量。量子力學(xué)起作用了，信息在查理那邊消失了，出現(xiàn)在愛麗絲那邊。

這對未來的通信有一些重要的影響。首先，使用量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò)避免了光纖電纜上的包丟失的威脅。其次，它有效地加密了愛麗絲端的信息。為了解碼信息，您需要知道Charlie執(zhí)行的計(jì)算結(jié)果。第三件事建立在第一件事的基礎(chǔ)上;盡管量子信息可以立即傳輸，但我們?nèi)匀皇艿焦馑俚南拗啤Ｈ缒闼钪嫠俣葮O限不僅僅是一種建議，而是一種定律。將計(jì)算信息發(fā)送給愛麗絲以解碼信息依賴于更傳統(tǒng)的受光速約束的通信方式。沒有回避的余地。

雖然這是邁向量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步，但為了建立我們?nèi)粘Ｊ褂盟璧母鞣N網(wǎng)絡(luò)，我們將需要更多的節(jié)點(diǎn)。要知道，即使是今天的全球通信網(wǎng)絡(luò)也只不過始于一部電話而已。