哈佛又一创举！世界上首个城市区域量子网络诞生

在量子通信领域，我们迎来了一个历史性的时刻。哈佛物理学家们在波士顿地区展示了世界上首个城市区域量子网络，这一成就标志着量子互联网的构建迈出了坚实的步伐。

想象一个能够通过不同量子态叠加的光子全球传输无法被黑客攻击信息的量子互联网是一回事；在现实世界中证明其可行性则是另一回事。哈佛的物理学家们正是在这方面取得了突破，他们利用波士顿地区的现有电信光纤，展示了迄今为止世界上两个量子记忆节点之间最长的光纤距离。

这项开创性的工作由Mikhail Lukin教授领导，与哈佛教授Marko Lončar和Hongkun Park合作，他们都是哈佛量子计划的成员，并与亚马逊网络服务的研究人员一起进行了这项研究。他们的成果发表在《自然》杂志上。

研究团队通过剑桥、萨默维尔、沃特敦和波士顿大约22英里的光纤环路，建立了两个量子记忆节点之间的纠缠，这是首个量子互联网的实际构建模块。每个节点都是一个非常小的量子计算机，由一块钻石薄片组成，钻石内部的原子结构中有一个缺陷，称为硅空位中心。

硅空位中心包含两个量子比特：一个是以电子自旋的形式用于通信，另一个是以更长寿命的核自旋形式用作存储纠缠的存储量子比特。两个自旋都可以通过微波脉冲完全控制。这些钻石设备仅有几毫米见方，被安装在达到-270摄氏度的稀释制冷装置中。

使用硅空位中心作为单光子的量子记忆设备，是哈佛多年的研究项目。这项技术解决了量子互联网理论中的一个主要问题：无法以传统方式增强的信号损失。量子网络不能使用标准光纤信号中继器，因为任意量子信息的复制是不可能的——这使得信息安全，但也使得信息很难在长距离上传输。

基于硅空位中心的网络节点可以在纠正信号损失的同时捕获、存储和纠缠量子信息的比特。将节点冷却到接近绝对零度后，光通过第一个节点并与其纠缠。

"由于光已经与第一个节点纠缠，它可以将这种纠缠传递给第二个节点，"该研究的第一作者Can Knaut解释说。"我们称这为光子介导的纠缠。"

这项在波士顿建立的两节点量子网络只是开始。研究人员正致力于通过增加节点和实验更多的网络协议来扩展他们的网络性能。这项工作不仅展示了量子网络节点可以在繁忙的城市环境中实现纠缠，也是实现量子计算机之间实际网络的重要一步。随着技术的不断发展，我们期待量子互联网将为我们带来更安全、更高效的通信方式。你对量子网络的未来感到兴奋吗？在评论区分享你的想法，让我们一起探讨量子技术如何改变世界。

参考资料：DOI： 10.1038/s41586-024-07252-z