量子信号首次通过传统互联网协议传输，现有光纤即可实现

　　AI 导读带你速览精华：量子互联网迈出关键一步，宾夕法尼亚大学团队首次利用现有商业光纤网络传输量子信号，通过 “Q 芯片” 实现量子与经典信号共存，为实用化量子互联网奠定基础。

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　　IT 之家 8 月 31 日消息，美国宾夕法尼亚大学的工程师团队在现实场景中，首次运用当今互联网的通信协议(IP)，在商业光纤网络上成功传输了量子信号，相关研究成果已发表于《科学》期刊。该团队借助现有互联网系统，将量子互联网从理论层面推向了现实应用。

　　量子信号具有强度极弱的显著特性，一旦对其进行测量，就会使其失去量子纠缠特性，而且环境中过多的噪声也会导致信号无法读取。不过，工程师们此次取得了突破，让量子信号能够在常规 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是 “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。其全称为 “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进行打包整合，使其可以在城市光纤互联网线路中稳定传输。该芯片具备收发功能，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属于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)来表示信息;而量子计算的原理则大不相同，它借助量子比特(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的无数种叠加形态。

　　但是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。量子粒子的情况与此类似，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：把量子信号与基于光的标准互联网信号进行配对。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，并且在整个传输过程中，两端均不会对量子信号进行测量。这种配对机制还能够实现噪声修正，由于收发两端的 Q 芯片都知晓标准信号的预期状态，因此可以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。”

　　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，仍需要进一步研究，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。