量子网络解决方案：通过地面和空中进行网络连接

芝加哥量子交易所的科学作家Meredith Fore最近发表了一篇文章她说，如果量子计算机可以通过量子网络连接起来，那么它们可以促进双方之间完全安全的通信，或者结合计算能力来解决比一台量子计算机单独解决的问题困难得多的问题

以下为文章全文:

虽然量子计算机代表了计算领域的一场革命，但它们不能像普通计算机一样通过互联网相互通信如果量子计算机可以通过量子网络连接起来，那么它们可以促进双方之间完全安全的通信，或者结合计算能力来解决比一台量子计算机单独解决的问题困难得多的问题

在美国物理学会三月会议的一次邀请会上，芝加哥量子交易所的两位物理学家采用不同的方法解决了实现大规模地基量子网络的核心障碍:节点之间的距离受限于量子信号通过光纤传播的距离。

可以放大和防止数据丢失的解决方案。

芝加哥大学教授梁江专注于一个更受欢迎的解决方案:量子中继器量子中继器将被放置在网络的节点之间，以再生量子信号，使它们能够传播更长的距离梁江说，虽然在这方面已经取得了重大进展可是，还没有人展示成功的量子中继器

除了信号再生，量子中继器还可以通过纠错防止远距离数据丢失纠错码在蓝牙，WiFi等传统网络中很常见它们控制数据中自然出现的错误，因为信号将数据从一个设备传输到另一个设备

可是，由于量子态的敏感性，量子系统容易出错，因此纠错是量子技术中一个重要的研究领域。

从理论上讲，有两个重要的问题要问，梁姜说，首先，通过高噪声光纤通道可以传输的子信息量最大是多少其次，假设我们知道这个极限:是否可以通过良好的量子纠错码设计来实现

除了量子中继器中的量子纠错策略及其预测效率，姜还分享了量子网络的另一个应用:量子数据中心，用户可以在这里访问经典数据库，实现量子计算从数据库中以量子位的形式搜索经典数据所需的设备QRAM可能非常昂贵，但蒋认为QDC是一个解决方案

我们可能想用QRAM作为量子服务器，通过量子网络连接用户，姜说，然后，所有个人用户都可以通过量子网络查询数据库，而不必让QRAM在他们身边这可以分担昂贵设备的成本

把量子网络带到空中或更远的地方。

对于伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校巴丁物理学教授保罗·奎亚特来说，解决光纤信号丢失问题的方法可能是通过无人机将量子网络从地面带到空中，甚至通过卫星将其送入太空。

目前我们只有本地光纤网络，很少有例外，奎亚特说，我的愿景是实现更加多元化的局面，我们在各个平台hellip之间建立了链接，hellip使用卫星并连接到飞行器，无人机，卡车或船只他指出，信号在自由空间中的损耗比通过光纤慢得多，这意味着量子信号可以传输更长的距离

这种Rdquo量子网络有很多优点，其中之一就是节点容易重定位有些是科学的，比如进行大规模量子传感，或者研究不同惯性系下的量子现象，以检验量子力学和相对论的关系有的更实用:在没有光纤连接的情况下，利用空中交通工具作为量子通信的节点，比如海上的海军舰艇

太空卫星之间的量子网络将允许更多的基本量子力学测试，其距离和速度比地球上可能的更大，并覆盖引力效应发生变化的区域。

在过去的一年里，美国国家航空航天局资助了一个美国领导的空间纠缠和退火的量子实验，该项目将在轨道上测试量子通信技术这将是商业空间站模块上的第一个量子信息科学有效载荷:连接到国际空间站的Nanoracks Bishop气闸它也将是第一架飞行，集成光波导:它比以前的类似量子实验更有效，因为没有需要定期重新排列的移动部件SEA目前计划于2023年春季发射

领导该项目的Kwiat小组负责SEAQUE的光学有效载荷和控制面板，其他要素由美国，加拿大和新加坡的机构提供。

我很激动，因为这是一个三国的空间量子实验，奎亚特说，这很有意思。