刚刚，美国公布了一项计划，将致力于打造量子互联网。

美国官员和科学家表示，其目标是十年内打造与现有互联网并行的第二互联网，使用量子力学定律安全共享信息并连接新一代计算机和传感器。

芝加哥大学普利兹克大学分子工程学院教授，阿贡国家实验室资深科学家David Awschalom称量子互联网项目是美国量子研究计划的支柱。

据悉，美国能源部及其17个国家实验室将成为该项目的骨干。

量子互联网：梦想很美好，现实很骨感

量子互联网想要成为现实，绝非那么简单，需要把传统互联网「脱胎换骨」。

跟经典网络的物理层不同，量子网络的物理层要负责量子信息的生成，定时和同步。数据链路层要负责运行物理层，从而尝试在可控量子节点之间产生纠缠。

网络层将负责在未直接连接的节点之间产生长距离纠缠，通过使用链路层进行纠缠交换以在相邻可控节点之间生成纠缠来实现。传输层不仅要远距精确传输量子比特，还要考虑跟经典网络的兼容。

TCP / IP 5层参考模型与Quantum Internet网络体系结构

量子互联网的关键组成部分是什么，它们需要满足哪些性能？

从经典网络的基本结构出发，要构建量子互联网，首先要搭建起可靠的底层物理设备。

根据《美国量子网络战略远景》报告，下面这些量子技术及物理设备是实现量子互联网的先决条件：

量子探测器，超低损耗的光通道，空对地连接及经典的网络和网络安全协议。

纠缠态和超纠缠态以及量子态的传输，控制和测量。

用于量子源和传统源的信号转换器。

更可靠的量子存储缓冲器和小型量子计算机。

使用量子中继器进行长距离纠缠分布（地面和空间），允许在小规模和大规模量子处理器之间使用基于纠缠的协议。

使用经典网络控制与配备量子硬件的节点进行交互的级联量子网络原型

有了这些量子网络设备，就能搭建量子互联网了吗？

其中最重要的就是克服各个源之间的连接性，以及各层之间的级联操作。

对于连接性，可以搭建一个系统级工程，来统一所有组件可操作的属性，比如带宽、波长、占空比等。

有传输就有损耗，传统的网络可以通过信号增强等手段来弥补，但是量子网络就不行了。有没有解决办法呢？答案就是采用一个量子中继器。

与经典中继器的操作不同，量子中继器在传输过程中不会放大处于纠缠状态的光子，而是通过消耗第二个纠缠对的资源，利用这个纠缠对来「传递」纠缠属性。

虽然量子网络的传输性能大大超越了传统的网络传输，但是由于中继等原因也不可避免发生错误。

我们知道，量子网络的根本是量子纠缠，纠缠对固有地存在于网络的物理层中。而在经典网络中，共享状态通常是在更高的层建立。在这种情况下，必须要保证纠缠分布及量子中继器等网络设备是高保真的。

当然量子互联网要解决的问题远不止这些，需要信息安全、计算机科学、应用物理等领域的技术高度配合，但它的前景无疑是光明的，只是需要分步去实现。

量子互联网是「无法攻破」的吗？

你如果制备了一对总自旋为0的纠缠态电子，一个放在北京，一个放在广州，观测到北京的电子自旋向下，那广州的电子就不用测了，肯定是自旋向上的，量子互联网就是利用这种纠缠进行信息传输的。

「自古以来，人类对于通信安全的追求从未停止。但是随着数学和算法的不断发展，基于计算复杂性传统加密技术不断受到挑战：1999年，传统加密算法RSA512被破解；2009年，RSA768被破解；目前尚未被破解的RSA1024，也被认为迟早会被破解」。

中科院院士潘建伟表示，利用「量子不可克隆定理，量子不可分割」的特性，在遥远两地的用户，可共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，保证通信安全。这也是目前已知唯一的不可窃听、不可破译的分发方式。

理论上，量子互联网在传输过程是安全的。但如果分发端和用户端被入侵，私钥被窃取仍会导致信息泄露。

量子互联网竞赛方兴未艾，未来谁会占领科技高地？

1900年，德国物理学家「量子力学之父」Max Planck创立了量子理论。而100多年后，量子互联网络通信成为了可能。

互联网的问世极大地改变着人们的生产和生活方式，而量子互联网将会加速现有互联网的发展，提高通信安全性，并使计算技术发生剧变。为了抢占未来的科技高地，全球各国都将不遗余力大力发展量子互联网。