我國學者研究的多節點量子(全球首個三節點量子網絡誕生，用火星上最“綠”的人解釋量子糾纏)

量子糾纏與量子通信

關于量子糾纏比較晦澀難懂的解釋是，一對或幾個相互作用的量子在沒有被觀測和測量前處于疊加態無法定性其狀態，但是如果把他們彼此分開，不管他們相隔多遠，只要測量其中一個量子的狀態，另外一個量子的狀態必然做出相反的改變。

比如：以兩顆向相反方向移動但速率相同的電子為例，即使一顆行至太陽邊，一顆行至冥王星邊，在如此遙遠的距離下，它們仍保有關聯性（correlation）；亦即當其中一顆被操作（例如量子測量）而狀態發生變化，另一顆也會即時發生相應的狀態變化。

通俗點舉例解釋，把一雙手套放進一個黑盒里，你不知道是左手在上還是右手在上，然后把這個黑盒一分為二，一個放在北京，一個拿到上海，當你打開北京的盒子觀察手套是右手那只時，你瞬間就會知道上海那個盒子里裝的是左手那只。

疊加態的兩個量子，觀測其中一個，馬上知道另一個

另外還有一個不同恰當的例子，一個在太空中飛行了半年，正在準備登陸火星的宇航員，當他的左腳剛踏上火星成為第一個到達火星的人類時，他在地球家里與他關系一直不好的妻子正好出軌被蹲守的狗仔記者發現了，那么這個宇航員不管距離地球多遠，在觀察者看來他瞬間就變成了紅色星球上最綠的人。而這個現實是超越距離的，不需要傳遞的。

2017年6月16日，量子科學實驗衛星墨子號首先成功實現，兩個量子糾纏光子被分發到相距超過1200公里的距離后，仍可繼續保持其量子糾纏的狀態。

廣域量子通信

2018年4月25日，芬蘭阿爾托大學教授麥卡﹒習嵐帕（Mika Sillanp??）領導的實驗團隊成功地量子糾纏了兩個獨自震動的鼓膜。每個鼓膜的寬度只有15微米，約為頭發的寬度，是由10個金屬鋁原子制成。通過超導微波電路，在接近絕對溫度（-273.15攝氏度）下，兩個鼓膜持續進行了約30分鐘的互動。這實驗演示出宏觀的量子糾纏。

三節點量子網絡

來自荷蘭QuTech的一組研究人員報告了第一個連接三個量子處理器的多節點量子網絡的實現。此外，他們還獲得了關鍵量子網絡協議的原理證明。他們的發現標志著通往未來量子互聯網的重要里程碑，現已發表在《科學》雜志上。

互聯網的強大之處在于，它允許地球上的任何兩臺計算機相互連接，從而使應用程序在數十年前創建之時就夢想不到。但是這只是基于地球這個距離來說的，電信號以光速在電纜中傳遞，我們可以感受到的延遲可以接受甚至忽略不計，但是超遠距離呢？上升到星際間跨度呢？

藝術家對三節點量子網絡的印象。

超遠距離更大容量

如今，世界各地許多實驗室的研究人員都在努力開發第一個版本的量子互聯網，該網絡可以遠程連接任意兩個量子設備，例如量子計算機或傳感器。當今的Internet以位（可以為0或1）分配信息，而未來的量子互聯網將同時使用可以為0和1的量子位。“量子互聯網將開辟一系列新穎的應用程序，從無法破解的通信和具有完全用戶隱私的云計算，再到高精度的計時功能，”博士研究生，研究團隊成員Matteo Pompili說。

研究人員在量子網絡節點之一上工作，在該節點上，反射鏡和濾光片將激光束引導至鉆石芯片。

走向無處不在的連接

在過去的十年中，通過將共享直接物理鏈接的兩個量子設備鏈接在一起，邁出了邁向量子互聯網的第一步。但是，能夠通過中間節點（類似于經典Internet中的路由器）傳遞量子信息對于創建可伸縮的量子網絡至關重要。另外，許多有前途的量子互聯網應用都依賴于糾纏的量子比特，這些量子比特分布在多個節點之間。糾纏是在量子尺度上觀察到的現象，從根本上連接了小距離甚至遠距離的粒子。它為量子計算機提供了巨大的計算能力，它是在未來的量子互聯網上共享量子信息的基本資源。通過在實驗室中實現他們的量子網絡。

操作量子網絡

原始的量子網絡由三個量子節點組成，它們在同一建筑物內相距一定距離。為了使這些節點能夠作為一個真正的網絡運行，研究人員不得不發明一種新穎的架構，該架構能夠擴展到單個鏈接之外。中間節點（稱為Bob）與兩個外部節點（稱為Alice和Charlie）都有物理連接，從而允許與這些節點中的每一個建立糾纏鏈接。鮑勃配備了一個額外的量子位，可以用作存儲器，從而可以在建立新鏈接時存儲先前生成的量子鏈接。建立了量子鏈接Alice-Bob和Bob-Charlie之后，Bob的一組量子運算將這些鏈接轉換為量子鏈接Alice-Charlie。或者，通過在鮑勃執行一組不同的量子運算。

準備以后使用

網絡的一個重要特征是它通過“標志”信號宣布成功完成了這些（本質上是概率性的）協議。這種預示對于可伸縮性至關重要，因為在未來的量子互聯網中，許多這樣的協議都需要串聯起來。團隊的另一名成員索菲·赫爾曼斯（Sophie Hermans）說：“一旦建立，我們就能保留最終的糾纏狀態，保護它們免受噪音干擾。” “這意味著，原則上，我們可以將這些狀態用于量子密鑰分發，量子計算或任何其他后續的量子協議。”

量子互聯網演示器

這是第一個基于糾纏的量子網絡，為研究人員提供了開發和測試量子互聯網硬件，軟件和協議的獨特測試平臺。“未來的量子互聯網將由無數的量子設備和中間節點組成，”領導該研究團隊的羅納德·漢森（Ronald Hanson）說。“ QuTech的同事已經在研究與現有數據基礎架構的未來兼容性。” 在適當的時候，將在實驗室外部使用現有的電信光纖在QuTech的Quantum Internet演示器上測試當前的原理驗證方法，該技術的第一條城域鏈路計劃于2022年完成。

更高層

在實驗室中，研究人員將致力于將更多的量子比特添加到其三節點網絡中，并致力于添加更高級別的軟件和硬件層。Pompili：“一旦開發了用于運行網絡的所有高級控制和接口層，任何人都將能夠編寫和運行網絡應用程序，而無需了解激光器和低溫恒溫器的工作原理。那是最終目標。”

梵觀點：首張量子糾纏圖像，再一次證明中國先人們超凡的宇宙觀與智慧。