量子网络测试无法入侵的通信

随着黑客和安全漏洞的数量迅速攀升，科学家表示，可能存在一种利用量子物理学定律建立真正不可黑客入侵的网络的方法。为了探索这一概念，科学家正在芝加哥地区创建一个网络，该网络利用了量子物理学的原理来发送信息。这样的链接有一天可能成为真正安全网络的基础，这将对通信，计算和安全产生广泛影响。联邦政府估计，2016年恶意网络活动给经济造成了570亿美元至1090亿美元的损失。

由能源部(DOE)支持的量子网络将在DOE的Argonne实验室和Fermi加速实验室之间延伸，该连接有望成为世界上最长的使用量子发送安全信息的连接之一物理。该实验将“跨瞬移”的信息30 -mile距离，颗粒改变其量子状态瞬间，而不是两个点之间移动。

“该项目启动了基于物质量子态的通信网络的建设，为创建和安全地发送信息提供了一种根本性的新途径，”阿贡大学科学家，戴维·莱斯大学分子工程系教授柳·阿夫夏洛姆(David Awschalom)说。芝加哥，该项目的首席研究员。“我们将建立一个全国性的测试平台开发工程量子系统科学与探索量子纠缠的特性，这一现象很着迷的科学家和广大市民的一致好评。”

由于Argonne，Fermilab和UChicago的科学家对量子研究的日益关注，这三个机构已结成伙伴关系，即芝加哥量子交易所，由70名科学家和工程师组成，汇集了该机构的智力，研究能力和工程能力三个附属机构。

Fermilab副主任兼首席研究官Joe Lykken说：“这是任何人甚至第一次计划进行这样的量子网络：在远距离建立一个永久的，功能正常的量子隐形传态网络。” “我们想要证明的实现量子技术。我们希望利用我们的专业知识为其他人创建自己的网络铺平道路。几十年前，构建这样的东西只是一个梦想。但是我们现在正在这样做，很快其他人将能够做到。”

量子系统发展的部分兴趣来自量子力学规则，该规则指出测量量子粒子会改变其状态。科学家认为，量子系统实际上是无法入侵的，因为如果有人试图查看传输，它将受到干扰，信息被破坏，并且发送方会受到警告。

费米实验室和阿贡大学正在开发的量子系统最终将利用1980年代首次建成的地下链路来测试数据传输。科学家们说，光纤电缆仍然不受干扰并且功能正常。

量子网络的工作方式是通过“纠缠”的粒子，量子力学的另一个怪癖即使是说，你可以在一个共享连接两个(或更多)的粒子，让自己的状态，并且无论发生什么事，以一个影响另一个，他们当时相距数英里。

因此，如果科学家在两个位置之间共享一对纠缠的粒子，即使这些位置相距很远并且它们之间没有物理联系，量子信息也可以穿越。虽然量子信息已经被“瞬间移动”，没有对象被输送。

到目前为止，此类系统已在实验室和小规模中进行了测试。甚至几公里的距离也是一个挑战，因为纠缠的粒子不得与环境发生任何相互作用，科学家必须克服粒子发射的光子的任何损失，并精确协调其传输的时间。

“在相距数英里的现实世界中进行信息传送，使我们能够识别出运行量子网络所涉及的实际问题–技术挑战是什么，通信的安全性如何，以这种方式传输信息的局限性是什么，”奥沙姆(Awschalom)说。

“世界各地都存在类似规模的量子测试平台。但是它们中的大多数依靠纠缠的光子(光的粒子)来传送信息。我们的测试平台的独特之处在于，我们首次推动了将固体中捕获的量子粒子用作信息载体的全固态架构。”该项目的共同负责人Argonne。

在Fermilab，加州理工学院的尚尚义物理学教授Maria Spiropulu正在与AT & T和喷气推进实验室的合作伙伴建立现场量子网络。他们于2017年开始这项工作，一年后，Spiropulu和她的团队已在Fermilab内部署了该网络，并致力于开发用于长距离纠缠分布的改进型设备。他们的目标是最终扩展该网络，以形成更大的Fermilab-Argonne链接的一部分。

Spiropulu说：“联网量子设备对于扩展量子计算和向量子增强型互联网构建混合通信系统至关重要。” “这将需要政府的研究实验室，学术界，工业界和基金会之间的合作，有意到那儿。芝加哥量子交换计划将促进所有这些领域的进步。”

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