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<p>图片来源: MirageC/Getty Images</p>
<p>科学家们通过标准光纤电缆发送量子信号，使用与今天网络相同的连接方式，这可能是实现量子互联网的重要一步。</p>
<p>在 8 月 28 日发表在《科学》杂志上的一项研究中，研究人员使用定制的量子芯片将量子数据与标准光信号打包，并通过商业基础设施进行传输。</p>
<p>这一突破标志着量子数据首次通过互联网协议（IP）发送，IP 是支撑当今宽带网络的通信标准。结果表明，量子通信可以在已经使用的网络上运行，而不需要专用基础设施。</p>
<p>“与早期需要隔离的实验室设置或专用基础设施的实验不同，这种方法首次将量子通信集成到现实世界的网络中，” 宾夕法尼亚大学材料科学与电气工程教授、主要研究作者梁峰在给《生活科学》的电子邮件中表示。</p>
<p>“我们的 Q-Chip 能够控制量子信号和经典信号，使它们通过相同的光纤电缆一起传输，使用标准互联网协议。”</p>
<h2>为什么互联网无法发送量子数据？</h2>
<p>量子数据由量子比特（qubits）承载——量子信息的基本单位。与经典计算机的比特（0 或 1）不同，量子比特可以同时存在于两种状态的叠加中。</p>
<p><strong>相关：</strong> <strong>科学家首次使用量子机器学习创造半导体——这可能改变芯片的制造方式</strong></p>
<p>量子比特还可以纠缠，这意味着一个量子比特的状态与另一个量子比特的状态在某种程度上是相互关联的，无论它们相距多远。这些特性使得量子计算机能够进行远超传统计算机的计算——以并行而非顺序的方式。</p>
<p>然而，这些特性也使得量子数据极其脆弱。量子状态在被观察或测量时会崩溃，这使得量子信息极难处理。在经典互联网中，流量由路由器引导，路由器读取和解释信息在网络中的移动。这在量子粒子中无法实现，因为一旦被观察，叠加状态就会崩溃，从而破坏正在传输的数据。</p>
<h2>Q-Chip 是如何工作的</h2>
<p>Q-Chip 代表 “光子学的量子 - 经典混合互联网”，通过将每个量子信号与经典 “头部” 配对来解决这个挑战——一个包含路由和时间信息的数据包，这些信息被编码到光纤激光脉冲中。</p>
<p>当这些信息在网络中传输时，它会被路由器检查——路由器是通过读取数据包信息并将其转发到正确目的地来引导互联网流量的设备。路由器使用头部信息来确定数据应该去哪里以及如何到达那里。</p>
<p>通过将经典信号和量子信号的传输时间同步，芯片使路由器能够读取头部的导航信息，而不与量子信号相互作用或干扰。这使得两者能够通过标准 IP 协议一起传输。</p>
<p>虽然研究人员之前已经证明量子数据可以通过标准光纤电缆传输，包括与经典数据在同一波长带宽中传输，但这项最新研究标志着量子信号首次在实际的、真实的基础设施上使用标准 IP 进行传输。</p>
<p>这至关重要，因为它避免了需要单独的量子网络，显著降低了部署和扩展量子互联网的门槛，梁峰表示。</p>
<p>“使用标准 IP 协议意味着 Q-Chip 允许量子通信像常规互联网流量一样进行管理，利用已经开发的路由、寻址和协调工具，” 他告诉《生活科学》。</p>
<p>“通过将经典 ‘头部’ 附加到量子数据上，Q-Chip 可以使用已开发的经典光子设备、系统和基础设施来路由和管理量子信号，而不会干扰脆弱的量子状态，使其成为第一个适应现有互联网架构的量子通信的实际演示。”</p>
<p>为了测试系统，团队在服务器和接收节点之间建立了一个简单的连接，使用了由电信公司 Verizon 运营的 1 公里（0.6 英里）长的商业光纤。</p>
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<p>由于经典头部和量子信号对环境干扰的反应相似，团队可以使用经典信号来纠正噪声，而不干扰量子状态。这确保了数据完整地到达目的地。</p>
<p>虽然试点设置较小，但研究人员相信这标志着朝着全面量子互联网的基础性一步，量子设备可以连接——特别是因为 Q-Chip 由硅制成，并使用现有工艺制造，这意味着它可以大规模生产。</p>
<p>&#34;在接下来的 5 到 10 年中，量子互联网的早期阶段可能会集中在本地网络和/或城市规模的量子互联网，&#34;冯对《生活科学》表示。&#34;应用可能包括安全通信、互联量子计算机以及分布式量子传感，例如超精确导航或计时。&#34;</p>

<p>研究人员开发了一种 Q-Chip，成功地通过标准光纤电缆使用互联网协议（IP）传输量子数据。这一突破使量子通信能够与现有的互联网基础设施集成，消除了对专用网络的需求。Q-Chip 将量子信号与经典头信息配对，使路由器能够管理量子数据而不干扰其脆弱状态。这标志着朝着实用量子互联网迈出了重要一步，测试中使用了 1 公里长的商业光纤</p>

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<p>Credit: MirageC/Getty Images</p>
<div class="lb-trans"><p>图片来源: MirageC/Getty Images</p>
</div><p>Scientists have sent quantum signals over standard fiber-optic cables using the same connectivity that powers today’s web, in what could be a major step towards a working quantum internet.</p>
<div class="lb-trans"><p>科学家们通过标准光纤电缆发送量子信号，使用与今天网络相同的连接方式，这可能是实现量子互联网的重要一步。</p>
</div><p>In a study published Aug. 28 in the journal Science, researchers used a custom-built quantum chip to package quantum data alongside a standard optical signal and transmit them over commercial infrastructure.</p>
<div class="lb-trans"><p>在 8 月 28 日发表在《科学》杂志上的一项研究中，研究人员使用定制的量子芯片将量子数据与标准光信号打包，并通过商业基础设施进行传输。</p>
</div><p>The breakthrough marks the first time quantum data has been sent using Internet Protocol (IP), the same communications standard that underpins today's broadband networks. The results suggest that quantum communications could run on networks already in use, rather than needing dedicated infrastructure.</p>
<div class="lb-trans"><p>这一突破标志着量子数据首次通过互联网协议（IP）发送，IP 是支撑当今宽带网络的通信标准。结果表明，量子通信可以在已经使用的网络上运行，而不需要专用基础设施。</p>
</div><p>&#34;Unlike earlier experiments that required isolated, lab-based setups or specialized infrastructure, this approach integrates quantum communication into real-world networks for the first time,&#34; senior study author Liang Feng, professor of materials science and electrical engineering at the University of Pennsylvania, told Live Science in an email.</p>
<div class="lb-trans"><p>“与早期需要隔离的实验室设置或专用基础设施的实验不同，这种方法首次将量子通信集成到现实世界的网络中，” 宾夕法尼亚大学材料科学与电气工程教授、主要研究作者梁峰在给《生活科学》的电子邮件中表示。</p>
</div><p>&#34;Our Q‑Chip enables control of quantum signals and classical signals, so they travel together over the same fiber‑optic cables, using standard internet protocols.&#34;</p>
<div class="lb-trans"><p>“我们的 Q-Chip 能够控制量子信号和经典信号，使它们通过相同的光纤电缆一起传输，使用标准互联网协议。”</p>
</div><h2>Why can't the internet send quantum data?</h2>
<div class="lb-trans"><h2>为什么互联网无法发送量子数据？</h2>
</div><p>Quantum data is carried by qubits — the basic units of quantum information. Unlike classical computer bits, which are represented as either 0 or 1, qubits can exist in a superposition of both states.</p>
<div class="lb-trans"><p>量子数据由量子比特（qubits）承载——量子信息的基本单位。与经典计算机的比特（0 或 1）不同，量子比特可以同时存在于两种状态的叠加中。</p>
</div><p><strong>Related:</strong> <strong>Scientists use quantum machine learning to create semiconductors for the first time – and it could transform how chips are made</strong></p>
<div class="lb-trans"><p><strong>相关：</strong> <strong>科学家首次使用量子机器学习创造半导体——这可能改变芯片的制造方式</strong></p>
</div><p>Qubits can also become entangled, meaning the state of one is symbiotically linked to the state of another, no matter how far apart they are. These properties enable quantum computers to perform calculations far beyond the reach of conventional computers — in parallel rather than in sequence.</p>
<div class="lb-trans"><p>量子比特还可以纠缠，这意味着一个量子比特的状态与另一个量子比特的状态在某种程度上是相互关联的，无论它们相距多远。这些特性使得量子计算机能够进行远超传统计算机的计算——以并行而非顺序的方式。</p>
</div><p>However, these same properties also make quantum data notoriously fragile. Quantum states collapse when they're observed or measured, making quantum information extremely difficult to work with. In classical internet, traffic is directed by routers that read and interpret information as it moves through the network. This can't be done with quantum particles without destroying the very data being transmitted,because the superposition collapses as soon as it is observed.</p>
<div class="lb-trans"><p>然而，这些特性也使得量子数据极其脆弱。量子状态在被观察或测量时会崩溃，这使得量子信息极难处理。在经典互联网中，流量由路由器引导，路由器读取和解释信息在网络中的移动。这在量子粒子中无法实现，因为一旦被观察，叠加状态就会崩溃，从而破坏正在传输的数据。</p>
</div><h2>How the Q-Chip works</h2>
<div class="lb-trans"><h2>Q-Chip 是如何工作的</h2>
</div><p>The Q‑Chip, which stands for &#34;quantum-classical hybrid internet by photonics&#34;, tackles this challenge by pairing each quantum signal with a classical &#34;header&#34; — a data packet containing routing and timing information that’s encoded into a fiber-optic laser pulse.</p>
<div class="lb-trans"><p>Q-Chip 代表 “光子学的量子 - 经典混合互联网”，通过将每个量子信号与经典 “头部” 配对来解决这个挑战——一个包含路由和时间信息的数据包，这些信息被编码到光纤激光脉冲中。</p>
</div><p>As this information travels through the network, it’s inspected by routers — devices that direct internet traffic by reading packet information and forwarding it to the correct destination. Routers use the header to determine where the data should go and how to get it there.</p>
<div class="lb-trans"><p>当这些信息在网络中传输时，它会被路由器检查——路由器是通过读取数据包信息并将其转发到正确目的地来引导互联网流量的设备。路由器使用头部信息来确定数据应该去哪里以及如何到达那里。</p>
</div><p>By timing the classical and quantum signals to travel together in a synchronized pulse, the chip enables routers to read the header's navigation information without interacting with or disrupting the quantum signal. This enables both to travel together via standard IP protocols.</p>
<div class="lb-trans"><p>通过将经典信号和量子信号的传输时间同步，芯片使路由器能够读取头部的导航信息，而不与量子信号相互作用或干扰。这使得两者能够通过标准 IP 协议一起传输。</p>
</div><p>While researchers have previously demonstrated that quantum data can be transmitted over standard fiber-optic cables, including alongside classical data in the same wavelength band, this latest study marks the first time that quantum signals have been transmitted using standard IP on live, real-world infrastructure.</p>
<div class="lb-trans"><p>虽然研究人员之前已经证明量子数据可以通过标准光纤电缆传输，包括与经典数据在同一波长带宽中传输，但这项最新研究标志着量子信号首次在实际的、真实的基础设施上使用标准 IP 进行传输。</p>
</div><p>This is crucial because it avoids the need for a separate quantum-only network, significantly lowering the barrier to deploying and scaling a quantum internet, said Feng.</p>
<div class="lb-trans"><p>这至关重要，因为它避免了需要单独的量子网络，显著降低了部署和扩展量子互联网的门槛，梁峰表示。</p>
</div><p>&#34;Using standard IP protocols means the Q‑Chip allows quantum communication to be managed like regular internet traffic with the already-developed tools for routing, addressing and coordination,&#34; he told Live Science.</p>
<div class="lb-trans"><p>“使用标准 IP 协议意味着 Q-Chip 允许量子通信像常规互联网流量一样进行管理，利用已经开发的路由、寻址和协调工具，” 他告诉《生活科学》。</p>
</div><p>&#34;By attaching classical 'headers'&#34; to quantum data, the Q‑Chip can route and manage quantum signals using the developed classical photonic devices, systems and infrastructure without disturbing the delicate quantum states, making this the first practical demonstration of quantum communication that fits within existing internet architecture.&#34;</p>
<div class="lb-trans"><p>“通过将经典 ‘头部’ 附加到量子数据上，Q-Chip 可以使用已开发的经典光子设备、系统和基础设施来路由和管理量子信号，而不会干扰脆弱的量子状态，使其成为第一个适应现有互联网架构的量子通信的实际演示。”</p>
</div><p>To test the system, the team built a simple connection between a server and a receiver node, using a 1-kilometer (0.6 miles) stretch of commercial fiber operated by telecommunications company Verizon.</p>
<div class="lb-trans"><p>为了测试系统，团队在服务器和接收节点之间建立了一个简单的连接，使用了由电信公司 Verizon 运营的 1 公里（0.6 英里）长的商业光纤。</p>
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</div><p>—Tiny cryogenic device cuts quantum computer heat emissions by 10,000 times — and it could be launched in 2026</p>
<div class="lb-trans"><p>—微型低温设备将量子计算机的热排放减少了 10,000 倍——并可能在 2026 年推出</p>
</div><p>—Scientists create world's 1st chip that can protect data in the age of quantum computing attacks</p>
<div class="lb-trans"><p>—科学家创造了世界上第一个能够保护数据的芯片，以应对量子计算攻击</p>
</div><p>Because the classical header and quantum signal respond to interference from the environment in similar ways, the team could use the classical signal to correct for noise without disturbing the quantum state. This ensured the data reached its destination intact.</p>
<div class="lb-trans"><p>由于经典头部和量子信号对环境干扰的反应相似，团队可以使用经典信号来纠正噪声，而不干扰量子状态。这确保了数据完整地到达目的地。</p>
</div><p>While the pilot setup was small, the researchers believe it marks a foundational step toward a full-scale quantum internet that could link quantum devices — particularly as the Q-Chip is made of silicon and fabricated using existing processes, meaning it can be mass-produced.</p>
<div class="lb-trans"><p>虽然试点设置较小，但研究人员相信这标志着朝着全面量子互联网的基础性一步，量子设备可以连接——特别是因为 Q-Chip 由硅制成，并使用现有工艺制造，这意味着它可以大规模生产。</p>
</div><p>&#34;In the next 5-10 years, the early stages of a quantum internet will likely focus on local networks and/or metro-scale quantum internet,&#34; Feng told Live Science. &#34;Applications [could include] secure communication, interconnecting quantum computers and distributed quantum sensing such as ultra-precise navigation or timing.&#34;</p>
<div class="lb-trans"><p>&#34;在接下来的 5 到 10 年中，量子互联网的早期阶段可能会集中在本地网络和/或城市规模的量子互联网，&#34;冯对《生活科学》表示。&#34;应用可能包括安全通信、互联量子计算机以及分布式量子传感，例如超精确导航或计时。&#34;</p>
</div>

由于新芯片的出现，量子互联网更进一步——该芯片帮助量子信号通过现实世界的光纤电缆传输