英布里斯托城的“超安全量子網絡”時代來襲
眾所周知，我們在這個階段使用的網絡正成為黑客們的 "游樂場"，從不安全的通信線路到無監督的云數據庫，網絡中到處都是漏洞。
在物理學家正在加緊研究的量子網絡中，信息將在量子世界中被創造、存儲和傳輸：傳統的信息由數值為 0 或 1 的二進制數處理，而量子信息則使用可以疊加 0 和 1 的量子比特，因此它可以被編碼在光子的極化狀態或電子和核的自旋狀態。更復雜的編碼使量子網絡系統能夠為用戶提供更高的隱私、安全性和計算能力。
最近，英國布里斯托大學（University OF Bristow) 的物理學家喬西（Josie) 和他的團隊成功地在布里斯托爾建立了一個全城范圍的 "超安全量子網絡"，它能在距離城市 17 公里的范圍內連接 8 多個用戶，并通過促進多個用戶之間使用量子密碼來保護量子互聯網的安全。因此，這一實驗被視為構建全量子互聯網的又一個里程碑。
過去：極其復雜的網絡鏈接
量子密碼學 "包括一個重要的" 量子密鑰分配 "(QKD) 過程，即利用量子力學原理創建用于編解碼的私鑰。在以前的" 量子密鑰分配協議 " 中，兩個用戶通常在信息共享和交換中就兩種測量結果達成共識，關鍵是這些結果是不公開的。兩個用戶可以利用這些結果建立私鑰，這些私鑰可以在公共鏈中編碼和解碼信息。
然而，如果你想擴大規模，讓其他用戶加入網絡，以前的協議的方法將面臨很大的困難。
其中一種思想是，現有用戶中的一個與新用戶建立安全鏈接，另一個通過新用戶向新用戶傳輸信息以實現與新用戶的連接，但這一過程需要基于新用戶對新用戶的信任，例如存在 "不受信任的" 不安全節點，從而使量子網絡安全和保密的優勢不再存在。
因此，為了避免對現有用戶的影響，只有在新用戶和現有用戶之間添加用戶節點才能建立鏈接，這樣，按照排列和組合的原則，兩個節點的網絡需要一個鏈路，三個節點的網絡需要三個鏈路，而一個有八個節點的網絡需要 28 個鏈接，這將大大增加加入新用戶的成本和復雜性。
現在：超安全的量子密鑰
在最近設計的“超級安全量子網絡”中，Josh 和他的團隊使用另一個 QKD 協議，通過在任意兩個節點之間共享糾纏粒子來構建不同的網絡，從而解決了這些問題。在這個秘密協議中，他們使用多個光子對來建立糾纏。兩個用戶只需要一對光子中的一個，就可以通過單個粒子隨機執行特定的測量。然而，由于光子的糾纏，兩個用戶只要進行相同的測量，就可以得到相同的結果。因此，它們可以在公共鏈路中共享其對粒子的測量序列，并選擇共同的結果以形成不同的用戶公鑰。
這樣，研究人員不再需要在 8 個節點之間建立物理連接網絡，只需要建立一個中心源，將糾纏光子傳輸到 8 個節點。每個節點只通過一根光纖與中心源相連，建立了 8 條鏈路，這遠遠好于 QKD 中建立 28 條鏈路的傳統思想。因此，即使每個節點之間沒有物理連接，研究人員設計的新 QKD 協議仍然在每對節點之間建立一個虛擬鏈路，依靠量子糾纏形成一個私鑰，使它們相互連接。這樣，兩個節點可以共享糾纏光子，并在一定時間內形成強相關，從而在兩個用戶之間形成私鑰。
在未來：更廣泛的網絡覆蓋范圍內，量子網絡的研究受到了物理學家們的廣泛重視。早在 2019 年初，研究人員就提出了一系列奇怪的材料和方法，比如利用鉆石和晶體中的缺陷幫助光子變色，使用無人機作為網絡節點。許多研究人員表示，量子網絡發展的第一階段將是使用標準光纖連接至少三個 50 至 100 公里之間的小型量子裝置。據歐洲量子互聯網聯盟（europeanquantuminternetalliance）的一位研究人員稱，建立這一網絡需要 5 年時間。為實現這一目標，近期“超安全量子網絡”的建立無疑是一個重要的里程碑。
這一研究成果對量子網絡的應用和發展產生了深遠的影響：中心源的建立使得增加新的用戶節點更加容易。只要修改中央信源的“信道分復用”方案，將新節點與之連接，就可以在不影響其他節點的情況下完成；同時，我們不必擔心“不可信”，可以說節點的存在可以真正實現量子密碼術在用戶之間的不可破譯性和“超級安全性”。
量子網絡的未來應用值得期待。但是，研究人員還需要進一步解決兩個關鍵問題：一是量子網絡必須能夠與任何數量的用戶進行通信；二是量子網絡必須能夠通過量子中繼器擴大量子態的分布范圍，或者利用衛星將量子比特或糾纏粒子發射到地面節點，從而實現大陸內和洲際的廣泛覆蓋。喬希承認他的團隊還沒有解決量子網絡距離問題，他說他們正在努力建立一個宇宙兼容性的中心源。
