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量子信息的近程和远景(二):到量子互联网的6个步骤

  • 林育中
量子现象在上世纪初就是物理学的显学,而其后的应用并不少见;到量子网络之路虽非一马平川,但远景眺望可期。Facebook

欧盟量子技术旗舰计划正在维也纳的皇宫举办启动会议,以10亿欧元支持其所精挑细选的20个计划。这是继9月份美国动员全国之力启动量子研发后的另一大手笔。

欧洲人认为,量子科学由欧洲萌芽,理应在此将瓜熟蒂落之际首先享受其果实。从去年10月迄今,中、美、欧相继发动超大型量子科技研发计划,传统的电子、半导体强国台、日、韩要逐渐被边缘化了!

量子科技的发展顺序有其必然性。最近Wehner等于Science发表的「Quantum Internet:A vision for the road ahead」就是对未来量子科技发展的愿景,预想了量子信息发展的六个步骤。

Wehner是荷兰Delft大学的教授,而Delft大学正在构建4个城市之间的量子网络,如同大陆在北京、济南、合肥、上海4城市之间的量子保密通信「京沪干线」。Wehner的意见,自然是专家之言。六个步骤分述如下。

一、信任点网络(trusted-node network):二点之间可以安全的收到由信任平台所创造的共同密钥。现在的通信也有密钥分享机制,叫公共密钥架构(Public Key Infrastructure;PKI),但是这个方法在量子计算机时代不安全,所以要以量子制量子。这个办法其实就是量子密钥配送(Quantum Key Distribution;QKD)。这个技术已在大陆的京沪干在线实施。

二、准备和测量:终端用户可以接收量子态并测量它,此阶段未必牵涉到量子纠缠,使用者可以验证口令。这阶段通讯者可以产生量子态,用光子经开放空间或经光纤传送。双方也可以自己产生密钥,传送给对方,或者将口令以量子态传送给远程的机器。大陆去年于北京和奥地利之间经墨子卫星的视讯会议就是此一层次技术的具体实施。

三、量子纠缠配送网络(entanglement distribution network):通讯的双方可以接受到(但还没有办法储存)纠缠的量子态,提供最强的通信安全保护。

四、量子记忆网络:双方可以发送、接收并储存纠缠的量子态,这样的网络就可以当成云端量子运算的基础架构。

五、数码元容错(few-qubit fault tolerant)的量子计算机:容错的通用闸极可以执行数个量子位元。

六、量子计算网络:有功能完善的量子计算机。可以做分散式的量子计算,也可以用量子传感器。这一阶段我的感觉为期尚早。

量子现象其实在上世纪初就是物理学的显学,而其后的应用并不少见,譬如半导体中电子穿过绝缘体到另一端就是利用量子穿隧效应。这一次新兴的应用是利用量子态的干涉与纠缠,特别是纠缠,实验的完全厘清还是这几年的事。另外还有纳米科技的成熟,这让量子态的操控成为可能。

到量子网络之路虽非一马平川,但是远景眺望可期。台湾的资源远不如中、美、欧三大区块,怎么用自己现存的有限优势,转换成未来大领域的新利基,要产官学一起想一想。

后记:最近香港的无人机表演被骇,于展示一半坠海。去年我曾听说俄国已将QKD做入电路板,插入计算机直接就可用。问到其应用,说包括无人机的控制,不要让人夺取控制权,果不其然就真发生了。量子应用世代其实很迫切的。

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。