革新信息技术发展 量子互联网的未来
发展量子信息技术，推动科研成果应用和产业生态构建，已成为各国构建未来产业竞争力，维护国家技术主权的重要方向之一。
近日，日媒报道称，美日欧加将共同成立量子技术国际协会，推动量子技术普及。近年来，量子科技，特别是量子计算的研究呈加速发展的态势。包括中国在内的四十多个国家制定了量子规划，量子科技前沿竞争在不断升温。
随着量子技术的发展，“量子互联网”一词开始进入人们视野。不久前，欧洲量子互联网联盟启动一项为期7年的计划，构建欧洲的量子互联网生态系统。2020年，美国发布建设量子互联网蓝图，希望10年内创建全国性的量子互联网。整个互联网正在走向量子时代。
什么是量子互联网？
量子互联网是以量子力学为理论依据建立的新型互联网。不同于二进制的数据，量子互联网是一种以量子比特而非传统的比特形式传输数据的网络，量子比特可以完成更加复杂的数据传输和记录，不同于以往的万维网，这个网络性能更加强大，速度更快，并且通过量子力学的原理，实现了访问的加密和溯源，因此该网络被称为最安全的互联网。
量子互联网与传统互联网有何不同？
量子互联网是一种分布式的量子计算机网络。这与我们现在每天所用的互联网相同，只不过量子互联网连接的是量子计算机。我们希望通过对量子特性，比如叠加、纠缠、干涉等基本的量子现象加以利用，突破当前互联网信息处理能力的极限。从另外一个角度来讲，量子互联网是可以被认为是量子技术和互联网的一种融合与创新。
当前互联网为我们提供了诸多便利的应用及服务，比如语音、视频、云计算、网购、搜索以及交通的应用。对于量子互联网，我们希望将量子计算、量子通信、量子传感等技术融入到互联网之中，以此来实现更高效的信息传输、更安全的网络服务、更强劲的计算性能以及获得更丰富的应用场景。值得一提的是，量子互联网并不是为了推翻当前的互联网技术，而是对这些技术进行加强，并以此为基础进行更多的创新。
随着量子通讯技术的发展，可以利用量子通讯技术大幅度提高信息传输的安全水平；同时，可以把各个地方的量子计算机连接在一起，来实现高效的量子处理。可以说，整个互联网正在走向量子时代。
量子互联网的发展及应用
量子互联网是基于量子通信技术产生和使用量子资源的新型功能网络，是在互联网上叠加新功能的基础设施，将带来网络安全、计算以及科学上的飞跃，应用前景巨大。
一是可实现无条件安全通信。量子互联网利用量子的不可克隆定理，能够实现远超现有加密技术的安全量子信息传输，是目前唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全通信方式，有望为军队、政府、银行等领域用户提供安全通信的终极解决方案。
二是可升级量子计算。量子互联网可连接多个量子计算机，构建分布式量子计算系统，形成单个量子计算机无法实现的规模计算能力。
三是可助力科学研究。比如，利用量子纠缠同步时钟，可将全球定位系统等导航网络的精度从米提高到毫米级；构建量子时钟网络，能极大地提高引力波等现象的测量精度；连接相距数千公里的光学望远镜，可获得相当于一个同等直径的单碟望远镜的分辨率等。
鉴于量子互联网安全性高、应用领域广泛的特点，全球多个国家都在研发这种新型通信方式。
2018年10月，荷兰代尔夫特理工大学的量子研究团队在《自然》杂志发布量子技术路线图，将量子互联网的发展分为可信节点网络、准备和测量、纠缠分布网络、量子存储器网络、量子计算网络等6个阶段。
美国量子互联网发展蓝图也设定了包括量子协议验证、校园或城市间量子纠缠分发、城际量子通信、州际量子纠缠分发等在内的5个关键里程碑。当前，各国重点推进的基于量子密钥分发的量子保密通信网络均属于量子互联网发展的初级阶段，仅具备量子互联网的部分功能。量子互联网的终极阶段是用量子隐形传态或量子纠缠交换技术作为链接，将用户、量子计算机、量子传感器等节点连为一体，产生、传输、使用量子资源。
量子互联网的未来
量子互联网被称为“不可破解的网络”。它拥有量子保密通信技术，使得对方即使有无限的计算能力，也不可能破解用户的密码。这叫做“无条件安全”，是最高的安全等级。从原理上看，量子密码要比传统密码安全得多。它利用量子叠加和量子纠缠等特性，通过一系列量子力学的操作，直接让双方获得一串随机字符串作为密钥，对要传送的文件以“一次一密”的方式加密。
量子保密通信是目前最成熟且最接近实用的量子技术。在这一领域，中国走在世界最前列。2016年发射的“墨子号”卫星，是世界上第一颗量子科学实验卫星，实现了星地之间的量子保密通信；2017年开通的“京沪干线”，是世界上第一条量子保密通信骨干网，在从北京到上海、贯穿济南和合肥全长2000余公里的距离内实现了量子保密通信。这两者连接起来，构建了全球第一个天地一体化的量子通信网络。
量子计算能大幅提升算力和智能化水平，近年来也取得了重大进展。谷歌的超导量子计算机“悬铃木”、IBM的超导量子计算机“鱼鹰”、中国科学技术大学的光量子计算机“九章”以及升级版“九章二号”，分别在求解特定问题上超越了当前最强的经典计算机。“九章二号”的超越倍数甚至高达10的24次方倍(亿亿亿倍)。下一步，业界的目标是达成具有实用价值的成果，如开发新药、准确预报气象，将量子计算推上新台阶。
量子精密测量则是利用量子力学的原理，提高对某些物理量的测量精度。借助量子测量，中国科学家实现了8.2公里外识别一个人的姿态，以及45公里外在大雾天识别一栋大楼。这种被称为“雾里看花”的技术用到测风激光雷达上，能够把探测距离从2.6公里提高到8公里。最近，中国科研团队在国际上首次实现了百公里级的自由空间高精度时间频率传递实验，时间传递稳定度达到飞秒(千万亿分之一秒)量级，有望形成新一代“秒”的定义。这些对时间、加速度、振动等性质的超高精度测量，将助力全球定位系统、矿物勘探、地震监测、暗物质探测等。
结语
回顾科技史，互联网的出现将人类社会带入信息时代。未来随着量子信息技术不断进步，量子互联网逐步成熟，不仅将会营造更加安全、速度更快的网络空间，还能在更广阔的领域带来颠覆性应用，引领新一轮科技革命和产业变革方向。
文章参考：
1.《量子信息技术发展与应用研究报告（2022年）》中国信息通信研究院
2.《量子计算：信息社会的未来》《物理》2023年第1期
3.《量子互联网的未来》人民网
4.《量子科技从实验室走向产业化》经济参考报
