近年來，隨著量子力學領域的不斷突破，量子計算受到了越來越多的關注。量子計算作為一種遵循量子力學規(guī)律調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)計算機由比特構成的方式類似，量子計算機由量子比特(quantum bits)或量子位(qubits)構成，一個量子比特對應一個狀態(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的疊加特性，能夠實現(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，國產九章量子計算機在200秒內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)絡掀開了數(shù)字通信的變革，量子通信逐漸成為人們的關注焦點，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，可以在云計算中實現(xiàn)對復雜優(yōu)化問題的超快速解決、更精確的全球定時系統(tǒng)以及全球范圍內高度安全的通信。

目前，“量子互聯(lián)網(wǎng)”最關鍵的卡脖子技術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，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，而與光學量子位相同波長的第二波長用于相位的精細調整。

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。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。

量子計算有望在未來幫助研究人員解決一些極其復雜的問題，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，國產九章量子計算機在 200 秒內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。

構建量子互聯(lián)網(wǎng)最困難的技術挑戰(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，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。在部署這些新技術后，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相位保持在波長的幾分之一以內，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，國際科學界夢想著構建全球性的量子通信網(wǎng)，但一大技術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，演示了多模式復用的量子中繼基本鏈路。

6月2日，國際權威學術期刊《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?！?

據(jù)悉，這項研究為建設高速率、大尺度的量子網(wǎng)絡，提供了全新實現(xiàn)方案。“下一步，我們將致力于提高存儲效率和糾纏光源質量，努力實現(xiàn)超越光纖傳輸?shù)膶嵱没孔又欣^器?！崩顐麂h說。