隨著黑客和安全漏洞的數(shù)量迅速攀升，科學(xué)家表示，可能存在一種利用量子物理學(xué)定律建立真正不可黑客入侵的網(wǎng)絡(luò)的方法。為了探索這一概念，科學(xué)家正在芝加哥地區(qū)創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)利用了量子物理學(xué)的原理來發(fā)送信息。這樣的鏈接有一天可能成為真正安全網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，這將對通信，計算和安全產(chǎn)生廣泛影響。聯(lián)邦政府估計，2016年惡意網(wǎng)絡(luò)活動給經(jīng)濟造成了570億美元至1090億美元的損失。

由能源部(DOE)支持的量子網(wǎng)絡(luò)將在DOE的Argonne實驗室和Fermi加速實驗室之間延伸，該連接有望成為世界上最長的使用量子發(fā)送安全信息的連接之一物理。該實驗將“跨瞬移”的信息30 -mile距離，顆粒改變其量子狀態(tài)瞬間，而不是兩個點之間移動。

“該項目啟動了基于物質(zhì)量子態(tài)的通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，為創(chuàng)建和安全地發(fā)送信息提供了一種根本性的新途徑，”阿貢大學(xué)科學(xué)家，戴維·萊斯大學(xué)分子工程系教授柳·阿夫夏洛姆(David Awschalom)說。芝加哥，該項目的首席研究員。“我們將建立一個全國性的測試平臺開發(fā)工程量子系統(tǒng)科學(xué)與探索量子糾纏的特性，這一現(xiàn)象很著迷的科學(xué)家和廣大市民的一致好評。”

由于Argonne，F(xiàn)ermilab和UChicago的科學(xué)家對量子研究的日益關(guān)注，這三個機構(gòu)已結(jié)成伙伴關(guān)系，即芝加哥量子交易所，由70名科學(xué)家和工程師組成，匯集了該機構(gòu)的智力，研究能力和工程能力三個附屬機構(gòu)。

Fermilab副主任兼首席研究官Joe Lykken說：“這是任何人甚至第一次計劃進行這樣的量子網(wǎng)絡(luò)：在遠距離建立一個永久的，功能正常的量子隱形傳態(tài)網(wǎng)絡(luò)。” “我們想要證明的實現(xiàn)量子技術(shù)。我們希望利用我們的專業(yè)知識為其他人創(chuàng)建自己的網(wǎng)絡(luò)鋪平道路。幾十年前，構(gòu)建這樣的東西只是一個夢想。但是我們現(xiàn)在正在這樣做，很快其他人將能夠做到。”

量子系統(tǒng)發(fā)展的部分興趣來自量子力學(xué)規(guī)則，該規(guī)則指出測量量子粒子會改變其狀態(tài)?？茖W(xué)家認為，量子系統(tǒng)實際上是無法入侵的，因為如果有人試圖查看傳輸，它將受到干擾，信息被破壞，并且發(fā)送方會受到警告。

費米實驗室和阿貢大學(xué)正在開發(fā)的量子系統(tǒng)最終將利用1980年代首次建成的地下鏈路來測試數(shù)據(jù)傳輸?？茖W(xué)家們說，光纖電纜仍然不受干擾并且功能正常。

量子網(wǎng)絡(luò)的工作方式是通過“糾纏”的粒子，量子力學(xué)的另一個怪癖即使是說，你可以在一個共享連接兩個(或更多)的粒子，讓自己的狀態(tài)，并且無論發(fā)生什么事，以一個影響另一個，他們當(dāng)時相距數(shù)英里。

因此，如果科學(xué)家在兩個位置之間共享一對糾纏的粒子，即使這些位置相距很遠并且它們之間沒有物理聯(lián)系，量子信息也可以穿越。雖然量子信息已經(jīng)被“瞬間移動”，沒有對象被輸送。

到目前為止，此類系統(tǒng)已在實驗室和小規(guī)模中進行了測試。甚至幾公里的距離也是一個挑戰(zhàn)，因為糾纏的粒子不得與環(huán)境發(fā)生任何相互作用，科學(xué)家必須克服粒子發(fā)射的光子的任何損失，并精確協(xié)調(diào)其傳輸?shù)臅r間。

“在相距數(shù)英里的現(xiàn)實世界中進行信息傳送，使我們能夠識別出運行量子網(wǎng)絡(luò)所涉及的實際問題–技術(shù)挑戰(zhàn)是什么，通信的安全性如何，以這種方式傳輸信息的局限性是什么，”奧沙姆(Awschalom)說。

“世界各地都存在類似規(guī)模的量子測試平臺。但是它們中的大多數(shù)依靠糾纏的光子(光的粒子)來傳送信息。我們的測試平臺的獨特之處在于，我們首次推動了將固體中捕獲的量子粒子用作信息載體的全固態(tài)架構(gòu)。”該項目的共同負責(zé)人Argonne。

在Fermilab，加州理工學(xué)院的尚尚義物理學(xué)教授Maria Spiropulu正在與AT & T和噴氣推進實驗室的合作伙伴建立現(xiàn)場量子網(wǎng)絡(luò)。他們于2017年開始這項工作，一年后，Spiropulu和她的團隊已在Fermilab內(nèi)部署了該網(wǎng)絡(luò)，并致力于開發(fā)用于長距離糾纏分布的改進型設(shè)備。他們的目標(biāo)是最終擴展該網(wǎng)絡(luò)，以形成更大的Fermilab-Argonne鏈接的一部分。

Spiropulu說：“聯(lián)網(wǎng)量子設(shè)備對于擴展量子計算和向量子增強型互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建混合通信系統(tǒng)至關(guān)重要。” “這將需要政府的研究實驗室，學(xué)術(shù)界，工業(yè)界和基金會之間的合作，有意到那兒。芝加哥量子交換計劃將促進所有這些領(lǐng)域的進步。”