美量子通讯网络项目曝光中、美、欧全面加入量子互联网竞争

互联网的问世只不过几十年的时间，已经极大地改变了人们的工作和生活方式，塑造了文明新样态。下一步它又将如何“进化”？量子互联网将会是一个重要的方向。

10月26日，一家名为 Quantum Xchange的创业公司表示，它已被允许接入沿美国东海岸运行的 500 英里（805 公里）光纤电缆，用以为美国创造该国的首个州际、商用量子密钥分发（Quantum Key Distribution(QKD)）网络。

美国最新量子互联网项目：华盛顿到波士顿 800 公里的试验田

美国的这次量子互联网建设的主角是Quantum Xchange，这是一家位于马里兰州贝塞斯达的量子通信提供商。Quantum Xchange 计划在今年年底前启动和运行量子网络，并提供商业服务。

Quantum Xchange 利用了量子密钥分发(QKD) 技术，这是未来端到端加密技术的有力竞争者。根据他们的描述，和其他处于研发中的方案不同，基于他们的这种技术，Quantum Xchange 的量子网络现在就可用，而且此方案弥补了目前加密技术中的一些不足之处。 Quantum Xchange 使用的 QKD 方法通过以经典比特发送编码消息来工作，而解码它的密钥以量子比特的形式发送。

在具体的操作过程中，Quantum Xchange 选择与美国的光纤网络巨头 Zayo 合作，共同“改造”波士顿和华盛顿之间的一段光纤，帮助华尔街的金融家们与在新泽西州附近的后台业务建立交流成为可能。

但是，由于 Quantum Xchange 具体公开的技术细节并不多，其能否实现它所宣称的这些效果，仍有待进一步验证。

荷兰 QuTech 量子互联网：2020 年完成 4 城互联

欧洲量子互联网建设中的核心成员是来自荷兰的 QuTech。这是一家研究量子科学的顶尖学术机构，由荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）和荷兰应用科学研究机构（TNO）共同运作。

QuTech 计划构建代尔夫特和其他 3个荷兰城市之间的量子互联网，给出的时间表是 2020 年。

目前的量子密钥分发仍然存在局限性。光子在大气层和光纤中的传输总是存在衰减，因此传输距离通常无法超过几十千米。

维尔纳和汉森领导的 QuTech 研究团队意图克服此局限，建立完全以量子技术进行数据传输的互联网。他们依靠的物理原理是“量子隐形传态”（Quantum Teleportation）。尽管该原理听上去有点科幻，但是基于量子纠缠、量子隐形传态确确实实可以实现。

当前，有很多方法可以产生纠缠态的量子比特。汉森领导的 QuTech 硬件创新团队使用包含特定氮空缺的显微合成钻石来制造量子比特，钻石中的缺陷能产生可以长距离传输的光子。

然而，该方案面临巨大的科学和工程挑战。由于两个城市之间的光纤链路可能要绕行很远，因此必须制造出存活距离远远超过两个城市之间直线距离的纠缠光子。

当然，研究团队还是取得了相当的进展。2015 年 6 月，该团队声称，他们已经能将 2 个电子发送到相距几米的 2 个地方，而且每秒钟可以进行 40 次发送。这次实验证明，满足实际需要的量子纠缠网络是可能建立起来的。

QuTech 的工作对新近发起的“欧洲量子互联网联盟”（Quantum Internet Alliance (QIA)）项目产生了很大影响。维尔纳也正在积极寻求合作伙伴，意图建立一个“能令地球上任意两点之间实现量子通信的全球网络”。

全球量子互联网竞赛方兴未艾

在过去几年，中国同样在 QKD 技术方面取得了令人瞩目的成就：2017 年，分别位于北京和维也纳的 2 个地面站借助“墨子”号量子技术试验卫星实现了密钥传输，用于解密通过传统互联网发送的加密视频。在这个过程中，任何试图窃听密钥的做法都会毁坏密钥，导致视频无法被解密；除了“墨子”号卫星，中国还建立了北京和上海之间的地面量子密钥分发网络——“京沪量子干线”，全程2000余公里，为银行和其他企业提供敏感数据安全传输服务。两者结合，标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形。

潘建伟和维也纳大学的 Anton Zeilinger教授领导的两个研究组，目前也正在开展合作创建第一条连接亚洲和欧洲的跨洲际量子通信网络。如果这一目标得以实现，两国的科学家将在全球建立起量子互联网的第一条连接。除此之外，中国也在计划建立珠海和香港之间的无“可信节点”的量子通信网络。

但我们需要清楚地意识到，无论是Quantum Xchange、QuTech 还是潘建伟团队，他们都在致力于建成量子互联网这一目标，但距离实现它都还有一定距离。