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《薛定谔的网络》让我们得以一窥量子互联网

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去年谷歌的量子计算机Sycamore的运算速度超过了最快的超级计算机(SN: 12/16/19),这是许多人第一次听说量子计算机。

利用量子力学的奇异概率的量子计算机可能被证明是革命性的。至少在解决某些问题时,它们有可能比经典的同类产品实现指数加速。但就目前而言,这些计算机仍处于初级阶段,仅用于少数应用,就像20世纪40年代第一台数字计算机一样。那么,一本关于将连接量子计算机的通信网络(即量子互联网)的书,难道不是超前了一点吗?

令人惊讶的是,没有。正如理论物理学家乔纳森·道林(Jonathan Dowling)在《薛定谔的网络》(Schrodinger’s Web)中阐明的那样,量子互联网的早期版本已经出现了——例如,自2016年起,北京和上海之间就已经通过光纤电缆进行了量子通信——而且更多版本还在快速发展。所以现在是阅读的最佳时机。

道林在上世纪90年代帮助建立了美国政府的量子计算项目,沐鸣平台登陆线路他是一个完美的指南。他似乎源源不断地提供令人难以置信的奇闻轶事、令人难忘的类比、双关语和俏皮话,使量子互联网棘手的理论细节既有趣又容易理解。

想要深入了解量子互联网细节的读者必须有耐心。道林写道:“光子是为量子互联网提供能量的粒子,所以我们最好确定自己知道它们到底是什么。”因此,这本书的前三分之一是对光的历史概述,从17世纪牛顿将光视为“微粒”的想法,到20世纪末探索光子或光粒子的量子现实的实验。有些小一节历史错误——丹麦物理学家汉斯•克里斯蒂Ørst重复一个虚构的故事对他的“偶然”发现了电与磁之间的联系——脚注过于依赖维基百科。但道林完成了他的目标:帮助读者发展对光的量子性质的理解。

就像道林2013年写的关于量子计算机的书《薛定谔的杀手应用程序》一样,薛定谔的网络将量子力学核心的非直觉真理敲进了家。例如,量子互联网的关键是纠缠——即“远距离的幽灵行为”,粒子在时空中相互连接,测量一个粒子的属性可以立即揭示另一个粒子的属性。例如,两个光子可以相互纠缠,因此它们总是具有相反的偏振或振荡角度。

未来,纽约的用户可以纠缠住两个光子,沐鸣平台注册登录官网然后通过光纤电缆将其中一个发送到旧金山,在那里量子计算机将接收到它。因为这些光子是纠缠在一起的,测量纽约光子的偏振就可以立即揭示旧金山光子的偏振。量子互联网正是利用这种奇怪的相互纠缠的现实,来获得一些巧妙的特性,比如不可破解的安全性;任何窃听者都会搅乱这微妙的纠葛并被揭露出来。

虽然道林的上一本书包含了更详细的量子力学解释,但他仍然发现了一些有趣的新类比,比如“Fuzz Lightyear”,一种沿着两条路径的叠加或量子组合跑进邻居家院子的狗。模糊有助于解释物理学家约翰·惠勒的延迟选择实验,该实验说明了量子世界的不确定性、非真实性和非局域性。Fuzz的路径是随机的,狗不会出现在一条路径上,直到我们测量它,而测量一条路径似乎会立即影响Fuzz进入哪个院子,即使它在光年之外。

量子网络的复杂性被放在最后,即使有道林的帮助,细节也不适合胆小的人。读者将学习如何准备贝尔测试来检查一个粒子系统是否纠缠在一起(SN: 8/28/15),如何操纵国防部的官僚机构,以及如何通过代号枯燥的BB84和E91协议发送不可破解的量子通信。道林还回顾了量子互联网发展中最近的一些里程碑,比如2017年中国和奥地利科学家通过卫星拍摄的量子安全视频(SN: 9/29/17)。

道林写道:“就像传统的互联网一样,在量子互联网启动并运行之前,我们真的无法弄清楚它的用处,沐鸣注册登录”因此人们可以开始“摆弄它”。他的一些预言似乎不太可能。人们真的会在手机上安装量子计算机,并通过量子互联网交换纠缠光子吗?

今年6月,道林意外去世,享年65岁,当时他还没有看到这个未来的实现。有一次我采访他时,他引用了阿瑟·c·克拉克的第一定律来证明为什么他认为另一位受人尊敬的科学家是错的。他说:“第一定律是,如果一位杰出的、年长的科学家告诉你某件事是可能的,他很可能是对的。”“如果他告诉你什么事是不可能的,他很可能是错的。”

道林死得太早,不能被认为是上了年纪,但他是杰出的,而薛定谔的网络为量子互联网的可能性提供了强有力的理由。