来自政府、国家实验室、大学和行业的利益相关者齐聚美国能源部的量子互联网蓝图研讨会，以确定研究目标和里程碑，以加快我国量子互联网的发展。 图片由能源部科学办公室提供
今天的互联网将我们连接到全球。 它发送信息包，以经典信号进行我们的通信——通过光纤、电通过铜线或通过微波发送以建立无线连接。 它快速可靠。 那么，为什么要开发一个使用单光子（可能是最小的光量子）来承载信息的量子互联网呢？
因为有新的科学领域需要探索。 量子物理学支配着非常小的领域。 它使我们能够理解——并利用我们的优势——独特的量子现象，没有经典的对应物。 我们可以利用量子物理学的原理来设计进行更精确测量的传感器、模拟更复杂物理过程的计算机以及将这些设备安全互连并为科学发现创造新机会的通信网络。
量子网络使用光子的量子特性来编码信息。 例如，在一个方向（例如，在允许它们通过偏振太阳镜的方向）偏振的光子与该值相关联； 第一，在相反方向偏振的光子（因此它们不会穿过太阳镜）与零值相关联。 研究人员正在开发量子通信协议来形式化这些关联，允许光子的量子态通过量子网络将信息从发送者传送到接收者。
量子网络使用独特的量子现象，例如经典网络不具备的叠加、不可克隆和纠缠。 在测量光子之前，它存在于所有可能的量子态的叠加中，每个量子态都有相应的概率。 测量从这些状态中选择一种。 事实上，光子的量子态不能在不引起干扰的情况下被测量，而这种干扰背叛了这种尝试。 也不能复制任意的、未知的量子态——不允许克隆。 正确设计和操作的量子网络从这种行为中获得了固有的安全性。
但是，如果光子不能被复制，那么如何将通信放大以到达远方的接收者？ 这就是纠缠的量子现象进入画面的地方。 每个纠缠光子的量子态与其纠缠伙伴的量子态相关，无论它们之间的距离如何。 正在开发使用纠缠来扩展量子网络范围的量子网络中继器。
新兴的量子互联网会让今天的经典互联网过时吗？ 一点也不。 量子网络的优势与经典网络的优势互补。 从长远来看，通过将经典网络和量子网络结合到互联网中，我们将获得最大的收益，其功能超过了这两种技术本身的能力。
美国能源部科学办公室：对量子网络的贡献
美国能源部科学办公室提供的科学发现和主要科学工具将改变我们对自然的理解，并促进美国的能源、经济和国家安全。 在 美国能源部量子互联网蓝图研讨会, 参与者将加速发展量子互联网的构建模块，包括使用纠缠的量子网络中继器设定为优先研究目标。 其他研究重点寻求整合这些构建块，以创建一个可靠的多跳网络，控制飞行量子比特的路线并纠正错误。
