近年來，隨著量子力學(xué)領(lǐng)域的不斷突破，量子計算受到了越來越多的關(guān)注。量子計算作為一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式，它與現(xiàn)有計算模式完全不同。

在經(jīng)典計算機中，信息的基本單位是位(Bit)。所有這些計算機所做的事情都可以被分解成0s和1s的模式，以及0s和1s的簡單操作。

與傳統(tǒng)計算機由比特構(gòu)成的方式類似，量子計算機由量子比特(quantum bits)或量子位(qubits)構(gòu)成，一個量子比特對應(yīng)一個狀態(tài)(state)。但是，比特的狀態(tài)是一個數(shù)字(0或1)，而量子比特的狀態(tài)是一個向量。更具體地說，量子位的狀態(tài)是二維向量空間中的向量。這個向量空間稱為狀態(tài)空間。

經(jīng)典計算使用二進制的數(shù)字電子方式進行運算，而二進制總是處于0或1的確定狀態(tài)。于是，量子計算借助量子力學(xué)的疊加特性，能夠?qū)崿F(xiàn)計算狀態(tài)的疊加。即不僅包含0和1，還包含0和1同時存在的疊加態(tài)(superposition)。

此外，加上量子糾纏的特性，量子計算相較于當前使用最強算法的經(jīng)典計算機，理論上將在一些具體問題上有更快的處理速度和更強的處理能力。而利用量子力學(xué)的反直覺特性制造出的量子計算機，可以達成任何機器都無法實現(xiàn)的運算壯舉。

如今，量子計算機開始展示其真正實力，諸如Google和IBM之類的計算巨頭，連同眾多小規(guī)模競爭對手，開始了量子硬件的建造與完善。去年，國產(chǎn)九章量子計算機在200秒內(nèi)完成了一項普通超算需要25億年才能完成的計算。

北京時間2021年6月14日訊，隨著5G商用網(wǎng)絡(luò)掀開了數(shù)字通信的變革，量子通信逐漸成為人們的關(guān)注焦點，東芝公司作為量子通信的頭部企業(yè)，通過不斷努力的研究，成功在長度超過600公里的光纖上進行量子通信的演示，打破了長距離量子通信的記錄。

據(jù)了解得知，量子通信的出現(xiàn)是為了打造一個“量子互聯(lián)網(wǎng)”，由遠程量子通信鏈路連接起來的量子計算機的全球網(wǎng)絡(luò)，可以在云計算中實現(xiàn)對復(fù)雜優(yōu)化問題的超快速解決、更精確的全球定時系統(tǒng)以及全球范圍內(nèi)高度安全的通信。

目前，“量子互聯(lián)網(wǎng)”最關(guān)鍵的卡脖子技術(shù)是如何通過長距離光纖進行量子比特的高效傳輸，而今東芝通過引入一種新的“雙頻帶”穩(wěn)定技術(shù)，演示了記錄量子通信距離的方法。通過發(fā)送兩個不同波長的光參考信號，以最小化長光纖上的相位波動——第一波長用于抵消快速變化的波動，而與光學(xué)量子位相同波長的第二波長用于相位的精細調(diào)整。

值得注意的是，東芝的這一最新進展擴展了量子鏈路的最大跨度，中間無需使用可信中間節(jié)點就能將國家和大洲城市連接起來，從而與衛(wèi)星建立一個全球量子安全通信網(wǎng)絡(luò)。同時，之前拒絕華為并宣布拆除華為的英國方面，英國電信(BT)已經(jīng)和東芝方面在2020年安裝了英國首個工業(yè)量子安全網(wǎng)絡(luò)。

量子計算有望在未來幫助研究人員解決一些極其復(fù)雜的問題，但在此之前，東芝研究團隊已經(jīng)完成了 600 公里(373 英里)的光纖量子通信實驗。據(jù)悉，傳統(tǒng)計算機中的信息，只用到“0”或“1”這種單比特編碼。但是在量子計算機中，量子比特卻允許疊加態(tài)的存在，從而極大地擴展了潛在的計算能力，意味著它們能夠解決超出常規(guī)計算機能力范圍的問題。

比如去年，國產(chǎn)九章量子計算機在 200 秒內(nèi)完成了一項普通超算需要 25 億年才能完成的計算。不過量子計算的更大挑戰(zhàn)，在于量子比特對于環(huán)境干擾相當敏感。就算是極其微小溫度變化或波動，都可能對數(shù)據(jù)有效性造成影響，意味著長距離的量子信息傳輸也相當困難。

構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)最困難的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是如何通過長光纖傳輸量子比特的問題。環(huán)境條件的微小變化(例如溫度波動)會導(dǎo)致光纖膨脹和收縮，從而擾亂脆弱的量子位，這些量子位被編碼為光纖中弱光脈沖的相位延遲。

現(xiàn)在，東芝通過引入一種新穎的“雙波段”穩(wěn)定技術(shù)，證明了量子通信的記錄距離。這會發(fā)送兩個不同波長的光參考信號，以最大程度地減少長光纖上的相位波動。第一個波長用于抵消快速變化的波動，而第二個波長與光量子位的波長相同，用于相位的微調(diào)。在部署這些新技術(shù)后，東芝發(fā)現(xiàn)即使在通過 100 公里的光纖傳播后，也可以將量子信號的光學(xué)相位保持在波長的幾分之一以內(nèi)，精度可達 10 納米。如果沒有實時消除這些波動，光纖會隨著溫度變化而膨脹和收縮，擾亂量子信息。

近年來，國際科學(xué)界夢想著構(gòu)建全球性的量子通信網(wǎng)，但一大技術(shù)難題是量子極易衰減，在光纖中的傳輸距離只有百公里量級。為此，科學(xué)家們提出量子中繼的思想，即將遠距離傳輸劃分為多個短距離，中間用量子中繼連接，解決信號衰減問題。

量子存儲器是量子中繼的核心器件?！爸按蠹矣玫氖前l(fā)射型量子存儲器，要么一次只能傳輸1個量子，效率低;要么一次傳輸多個量子，但精確率低?！崩顐麂h教授說，他們團隊一直致力于研究吸收型量子存儲器，經(jīng)過3年多努力，近期在國際上首次成功使用吸收型量子存儲器，演示了多模式復(fù)用的量子中繼基本鏈路。

6月2日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了這項研究成果。審稿人給予高度評價：“這個工作是對量子中繼器基本鏈路的一個非常直接和清晰的演示……這是一項重要成就，將為接下來的研究奠定基礎(chǔ)。”

據(jù)悉，這項研究為建設(shè)高速率、大尺度的量子網(wǎng)絡(luò)，提供了全新實現(xiàn)方案?！跋乱徊?，我們將致力于提高存儲效率和糾纏光源質(zhì)量，努力實現(xiàn)超越光纖傳輸?shù)膶嵱没孔又欣^器。”李傳鋒說。