利用量子物理學獨特效應的量子互聯網將與我們今天使用的經典互聯網大相徑庭，全世界有很多研究小組正致力于構建先進的量子互聯網。

荷蘭QuDelft實驗室的量子網絡中使用的一塊硬件。圖片來源：《自然》雜志官網

荷蘭代爾夫特理工大學的量子研究團隊近日在英國《自然》雜志上發布了一份報告，也可以說是一張路線圖，闡述了量子互聯網發展的各個階段及其應用領域。

他們認為，量子互聯網盡管還只是“小荷才露尖尖角”，但在成熟之前，其就有望在多個領域“大顯身手”。第一階段的量子互聯網有望使通信獲得幾乎牢不可破的隱私和安全；而更成熟一點的量子互聯網可實現一系列讓傳統網絡系統“望洋興嘆”的科學應用，包括探測引力波等。

量子力學“如此美麗”

代爾夫特理工大學理論物理學家斯蒂芬妮·韋納和同事大衛·埃爾庫斯、羅納德·漢森共同撰寫了這份報告。他們認為，量子互聯網可與現有互聯網互補而非讓其“下崗”，最終，它可供大學實驗室等大型用戶和個人消費者廣泛使用。

當然，目前也有很多科學家在狂熱地研發另一項技術——量子計算機，據信其計算速度和計算能力將遠超傳統計算機。

量子網絡和量子計算共享許多概念和技術，兩者都利用了經典物理學領域沒有的現象。例如，電子或光子這樣的等量子粒子可處于兩種明確定義的旋轉狀態——順時針或逆時針之一，也可同時處于這兩種狀態，這被稱為“疊加”。此外，兩個粒子可發生“糾纏”：即使兩個粒子相距很遠，其中一個粒子狀態的改變也會影響另外一個粒子的狀態。量子比特是量子信息的最小單位。

德國斯圖加特大學的量子物理學家斯蒂芬妮·巴茲表示，廣泛采用的量子互聯網還是有用的量子計算機，很難預測哪種技術會捷足先登。但量子網絡有一個很大的優勢，“這樣的網絡可以逐步建立，并且可在每一步中添加不同的功能”。

研究人員稱，該路線圖還旨在為來自計算機科學、工程學和物理學等不同領域的研究人員創建一種共同語言。漢森說：“不同的人談論量子網絡可能意味著截然不同的事情?！?/span>

六個階段路線圖

在最新報告中，代爾夫特團隊為量子互聯網的發展制訂了六個階段。

最初階段被稱為“0階段”。在這一階段的網絡中，用戶能建立一個通用的加密密鑰，以便安全地共享數據。量子物理學僅在幕后工作：服務提供商使用它來創建密鑰。但提供商因此就知道了密鑰，這意味著用戶必須信任服務商。這種類型的網絡已經存在。例如在中國，綿延2000多公里的這種網絡連接了包括北京和上海在內的大城市。

在第一階段，用戶正式進入量子游戲，其中發送者創建量子狀態（通常是光子）。這些量子狀態或沿著光纖，或通過在開放空間中發射的激光脈沖被發送到接收器。在此階段，任何兩個用戶都可以創建只有他們自己知道的私有加密密鑰。該技術還使用戶能將量子密碼提交給諸如ATM之類的機器，如此一來，機器將能夠在不知道密碼是什么的情況下對密碼進行驗證，也無法竊取密碼。

韋納說，這一階段尚未進行大規模試驗，但在小城市規模上已具備了技術可行性，速度可能會非常緩慢。2017年，由中國科技大學潘建偉教授領導的小組創造了這種傳輸的世界紀錄：當時他們用一顆衛星讓兩個相距1200多公里的實驗室實現了量子連接。