來自荷蘭量子計算公司QuTech的研究人員成功實現將3個量子設備連接在同一個網絡中。此外，他們還實現了關鍵量子網絡協議的原理證明演示。該發現標誌著邁向未來量子互聯網的一個重要里程碑。相關研究成果於當地時間15日發表在《科學》雜誌上。

量子糾纏為量子計算機提供了巨大的計算能力，是未來量子互聯網上共享量子信息的基礎資源。過去10年，通過將共享直接物理鏈路的兩個量子設備連接在一起，科學家邁出量子互聯網的第一步。然而，能夠通過中間節點（類似於路由器）傳遞量子信息對於創建可擴展的量子網絡至關重要。此外，許多量子互聯網應用依賴於在多個節點之間分佈的糾纏量子比特。

基本的量子網絡由3個量子節點組成，它們在同一建築物內相距一定距離。為了使這些節點能夠作為一個真正的網絡運行，研究人員必鬚髮明一種新的架構，使其能夠擴展到單個鏈路之外。此次，研究人員率先通過中間節點連接了兩個量子設備，並在多個獨立量子設備之間建立了共享糾纏。

在該研究中，中間節點（稱為“鮑勃”）與兩個外部節點（稱為“愛麗絲”和“查理”）均有物理連接，可與這些節點中的每一個建立糾纏鏈路。“鮑勃”配備了一個可用作存儲器的額外量子比特，從而可在建立新鏈接時存儲先前生成的量子鏈接。在建立量子鏈接“愛麗絲”—“鮑勃”和“鮑勃”—“查理”之後，“鮑勃”處的一組量子操作將這些鏈接轉換為“愛麗絲”—“查理”量子鏈接。或者，通過在“鮑勃”處執行一組不同的量子操作，可以在所有3個節點之間建立糾纏。

該網絡的一個重要特徵是它通過“標誌”信號宣布成功完成了這些協議。這對可擴展性至關重要，因為在未來的量子互聯網中，許多這樣的協議都需要串聯起來。研究人員索菲·赫爾曼斯說，一旦建立鏈接，我們就能夠保存由此產生的糾纏態，保護它們免受噪音干擾。“這意味著，原則上，我們可以將這些狀態用於量子密鑰分發、量子計算或任何其他後續的量子協議。”

這是第一個基於糾纏的量子網絡，為研究人員開發和測試量子互聯網硬件、軟件和協議提供了一個獨特的試驗台。研究人員表示，未來的量子互聯網將由無數量子設備和中間節點組成。

QuTech的研究人員已經在做與現有數據基礎設施兼容性的相關研究。當前的原理驗證方法將在QuTech的量子互聯網演示器上進行測試，其中第一條城域鏈路計劃於2022年完成。未來，研究人員將專注於在3個節點網絡中增加更多的量子比特，並增加更高級別的軟件和硬件層。