量子信号首次实现通过传统互联网协议传输，现有光纤就能用

IT之家 8 月 31 日消息，美国宾夕法尼亚大学的工程师团队已在现实场景中，首次使用当今互联网的通信协议（IP），在商业光纤网络上传输量子信号，相关研究成果已发表于《科学》期刊。该团队利用现有互联网系统，推动量子互联网从理论层面迈向了现实应用。

量子信号的一大显著特性是强度极弱：一旦对其进行测量，就会失去量子纠缠特性；而环境中过多的噪声，也会导致信号无法读取。不过，工程师们此次成功实现了突破 —— 让量子信号在常规 IP 信号占用的繁忙互联网基础设施中完成传输。

这一传输成果的核心在于“Q 芯片”（Q-Chip），这是宾夕法尼亚大学研发的一款硅基芯片，专门用于在互联网中协调传统信号与量子信号。其全称是“光子量子 - 经典混合互联网芯片”（Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics），能够将标准信号与量子信号打包整合，使其可在城市光纤互联网线路中稳定传输。该芯片兼具收发功能，无需对量子关联信号进行测量，就能自动修正噪声干扰。

据IT之家了解，量子计算与传统计算分属完全不同的技术领域。传统计算机依靠晶体管、比特和电子进行运算，以“0”和“1”（即“开”与“关”的状态）表示信息；而量子计算的原理则截然不同，其借助量子比特（qubit），利用量子纠缠效应，使量子比特不仅能表示“0”和“1”，还能呈现这两种状态之间无数种叠加形态。

但量子纠缠的应用极具挑战性：一旦量子信号被测量，其量子特性就会消失。在薛定谔的思想实验中，将一只猫与放射性同位素一起放在封闭的盒子里，只有打开盒子观察猫，才能确定它是活的还是死的。量子粒子的情况与之相似：未被观测时，它们可处于“叠加态”（既非“0”也非“1”）；而一旦被观测，量子关联便会断裂，最终只能呈现“0”或“1”的确定状态。这一特性使得量子信号的互联网传输难度极大。

该项目的博士生罗伯特・布罗伯格在接受 Phys.org 采访时解释道：“常规网络会通过测量数据来引导其抵达最终目的地，但纯量子网络无法这样操作 —— 因为对量子粒子的测量会直接破坏其量子态。”

为解决这一难题，Q 芯片采用了“列车式组合”方案：将量子信号与基于光的标准互联网信号配对。其中，标准互联网信号如同“引擎”，负责路由导航；量子信号则像“货物”，伴随其一同传输，且在整个传输过程中，两端均不会对量子信号进行测量。这种配对机制还能实现噪声修正：由于收发两端的 Q 芯片均知晓标准信号的预期状态，因此可先对光基标准信号进行误差修正，再据此推断出量子信号的修正方案。

该研究论文的资深作者梁峰（Liang Feng，音译）表示：“我们的研究证明，集成芯片能够在 Verizon 这类现役商用网络中处理量子信号，且使用的是运行传统互联网的同款协议。这一成果为开展更大规模实验、构建实用化量子互联网迈出了关键一步。”

梁峰和罗伯特・布罗伯格

从理论上讲，Q 芯片系统可在该校所在地费城的 Verizon 光纤网络任意节点运行，同时也适用于其他城市的互联网基础设施。不过，要实现量子信号的长距离重复传输，仍需进一步研究 —— 这是构建城市间乃至更远距离量子互联网连接的必要前提。

当前，量子计算正不断向现实应用迈进，而这项“依托现有互联网基础设施传输量子信号”的研究具有不可估量的价值。量子技术的下一步发展方向虽仍存在不确定性，但各国政府与企业均在积极投入，力争率先实现其实际应用落地。