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<p>圖片來源: MirageC/Getty Images</p>
<p>科學家們通過標準光纖電纜發送量子信號，使用與今天網絡相同的連接方式，這可能是實現量子互聯網的重要一步。</p>
<p>在 8 月 28 日發表在《科學》雜誌上的一項研究中，研究人員使用定製的量子芯片將量子數據與標準光信號打包，並通過商業基礎設施進行傳輸。</p>
<p>這一突破標誌着量子數據首次通過互聯網協議（IP）發送，IP 是支撐當今寬帶網絡的通信標準。結果表明，量子通信可以在已經使用的網絡上運行，而不需要專用基礎設施。</p>
<p>“與早期需要隔離的實驗室設置或專用基礎設施的實驗不同，這種方法首次將量子通信集成到現實世界的網絡中，” 賓夕法尼亞大學材料科學與電氣工程教授、主要研究作者梁峯在給《生活科學》的電子郵件中表示。</p>
<p>“我們的 Q-Chip 能夠控制量子信號和經典信號，使它們通過相同的光纖電纜一起傳輸，使用標準互聯網協議。”</p>
<h2>為什麼互聯網無法發送量子數據？</h2>
<p>量子數據由量子比特（qubits）承載——量子信息的基本單位。與經典計算機的比特（0 或 1）不同，量子比特可以同時存在於兩種狀態的疊加中。</p>
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<p>量子比特還可以糾纏，這意味着一個量子比特的狀態與另一個量子比特的狀態在某種程度上是相互關聯的，無論它們相距多遠。這些特性使得量子計算機能夠進行遠超傳統計算機的計算——以並行而非順序的方式。</p>
<p>然而，這些特性也使得量子數據極其脆弱。量子狀態在被觀察或測量時會崩潰，這使得量子信息極難處理。在經典互聯網中，流量由路由器引導，路由器讀取和解釋信息在網絡中的移動。這在量子粒子中無法實現，因為一旦被觀察，疊加狀態就會崩潰，從而破壞正在傳輸的數據。</p>
<h2>Q-Chip 是如何工作的</h2>
<p>Q-Chip 代表 “光子學的量子 - 經典混合互聯網”，通過將每個量子信號與經典 “頭部” 配對來解決這個挑戰——一個包含路由和時間信息的數據包，這些信息被編碼到光纖激光脈衝中。</p>
<p>當這些信息在網絡中傳輸時，它會被路由器檢查——路由器是通過讀取數據包信息並將其轉發到正確目的地來引導互聯網流量的設備。路由器使用頭部信息來確定數據應該去哪裏以及如何到達那裏。</p>
<p>通過將經典信號和量子信號的傳輸時間同步，芯片使路由器能夠讀取頭部的導航信息，而不與量子信號相互作用或干擾。這使得兩者能夠通過標準 IP 協議一起傳輸。</p>
<p>雖然研究人員之前已經證明量子數據可以通過標準光纖電纜傳輸，包括與經典數據在同一波長帶寬中傳輸，但這項最新研究標誌着量子信號首次在實際的、真實的基礎設施上使用標準 IP 進行傳輸。</p>
<p>這至關重要，因為它避免了需要單獨的量子網絡，顯著降低了部署和擴展量子互聯網的門檻，梁峯表示。</p>
<p>“使用標準 IP 協議意味着 Q-Chip 允許量子通信像常規互聯網流量一樣進行管理，利用已經開發的路由、尋址和協調工具，” 他告訴《生活科學》。</p>
<p>“通過將經典 ‘頭部’ 附加到量子數據上，Q-Chip 可以使用已開發的經典光子設備、系統和基礎設施來路由和管理量子信號，而不會干擾脆弱的量子狀態，使其成為第一個適應現有互聯網架構的量子通信的實際演示。”</p>
<p>為了測試系統，團隊在服務器和接收節點之間建立了一個簡單的連接，使用了由電信公司 Verizon 運營的 1 公里（0.6 英里）長的商業光纖。</p>
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<p>—科學家創造了世界上第一個能夠保護數據的芯片，以應對量子計算攻擊</p>
<p>由於經典頭部和量子信號對環境干擾的反應相似，團隊可以使用經典信號來糾正噪聲，而不干擾量子狀態。這確保了數據完整地到達目的地。</p>
<p>雖然試點設置較小，但研究人員相信這標誌着朝着全面量子互聯網的基礎性一步，量子設備可以連接——特別是因為 Q-Chip 由硅製成，並使用現有工藝製造，這意味着它可以大規模生產。</p>
<p>&#34;在接下來的 5 到 10 年中，量子互聯網的早期階段可能會集中在本地網絡和/或城市規模的量子互聯網，&#34;馮對《生活科學》表示。&#34;應用可能包括安全通信、互聯量子計算機以及分佈式量子傳感，例如超精確導航或計時。&#34;</p>

<p>研究人員開發了一種 Q-Chip，成功地通過標準光纖電纜使用互聯網協議（IP）傳輸量子數據。這一突破使量子通信能夠與現有的互聯網基礎設施集成，消除了對專用網絡的需求。Q-Chip 將量子信號與經典頭信息配對，使路由器能夠管理量子數據而不干擾其脆弱狀態。這標誌着朝着實用量子互聯網邁出了重要一步，測試中使用了 1 公里長的商業光纖</p>

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<p>Credit: MirageC/Getty Images</p>
<div class="lb-trans"><p>圖片來源: 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>科學家們通過標準光纖電纜發送量子信號，使用與今天網絡相同的連接方式，這可能是實現量子互聯網的重要一步。</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 日發表在《科學》雜誌上的一項研究中，研究人員使用定製的量子芯片將量子數據與標準光信號打包，並通過商業基礎設施進行傳輸。</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>這一突破標誌着量子數據首次通過互聯網協議（IP）發送，IP 是支撐當今寬帶網絡的通信標準。結果表明，量子通信可以在已經使用的網絡上運行，而不需要專用基礎設施。</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>“與早期需要隔離的實驗室設置或專用基礎設施的實驗不同，這種方法首次將量子通信集成到現實世界的網絡中，” 賓夕法尼亞大學材料科學與電氣工程教授、主要研究作者梁峯在給《生活科學》的電子郵件中表示。</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>“我們的 Q-Chip 能夠控制量子信號和經典信號，使它們通過相同的光纖電纜一起傳輸，使用標準互聯網協議。”</p>
</div><h2>Why can't the internet send quantum data?</h2>
<div class="lb-trans"><h2>為什麼互聯網無法發送量子數據？</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>量子數據由量子比特（qubits）承載——量子信息的基本單位。與經典計算機的比特（0 或 1）不同，量子比特可以同時存在於兩種狀態的疊加中。</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>相關：</strong> <strong>科學家首次使用量子機器學習創造半導體——這可能改變芯片的製造方式</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>量子比特還可以糾纏，這意味着一個量子比特的狀態與另一個量子比特的狀態在某種程度上是相互關聯的，無論它們相距多遠。這些特性使得量子計算機能夠進行遠超傳統計算機的計算——以並行而非順序的方式。</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，這些特性也使得量子數據極其脆弱。量子狀態在被觀察或測量時會崩潰，這使得量子信息極難處理。在經典互聯網中，流量由路由器引導，路由器讀取和解釋信息在網絡中的移動。這在量子粒子中無法實現，因為一旦被觀察，疊加狀態就會崩潰，從而破壞正在傳輸的數據。</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 “光子學的量子 - 經典混合互聯網”，通過將每個量子信號與經典 “頭部” 配對來解決這個挑戰——一個包含路由和時間信息的數據包，這些信息被編碼到光纖激光脈衝中。</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>當這些信息在網絡中傳輸時，它會被路由器檢查——路由器是通過讀取數據包信息並將其轉發到正確目的地來引導互聯網流量的設備。路由器使用頭部信息來確定數據應該去哪裏以及如何到達那裏。</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>通過將經典信號和量子信號的傳輸時間同步，芯片使路由器能夠讀取頭部的導航信息，而不與量子信號相互作用或干擾。這使得兩者能夠通過標準 IP 協議一起傳輸。</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>雖然研究人員之前已經證明量子數據可以通過標準光纖電纜傳輸，包括與經典數據在同一波長帶寬中傳輸，但這項最新研究標誌着量子信號首次在實際的、真實的基礎設施上使用標準 IP 進行傳輸。</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>這至關重要，因為它避免了需要單獨的量子網絡，顯著降低了部署和擴展量子互聯網的門檻，梁峯表示。</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>“使用標準 IP 協議意味着 Q-Chip 允許量子通信像常規互聯網流量一樣進行管理，利用已經開發的路由、尋址和協調工具，” 他告訴《生活科學》。</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>“通過將經典 ‘頭部’ 附加到量子數據上，Q-Chip 可以使用已開發的經典光子設備、系統和基礎設施來路由和管理量子信號，而不會干擾脆弱的量子狀態，使其成為第一個適應現有互聯網架構的量子通信的實際演示。”</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>為了測試系統，團隊在服務器和接收節點之間建立了一個簡單的連接，使用了由電信公司 Verizon 運營的 1 公里（0.6 英里）長的商業光纖。</p>
</div><p>RELATED STORIES</p>
<div class="lb-trans"><p>相關故事</p>
</div><p><strong>—</strong> Scientists make 'magic state' breakthrough after 20 years — without it, quantum computers can never be truly useful</p>
<div class="lb-trans"><p><strong>—</strong> 科學家在 20 年後取得 “魔法狀態” 突破——沒有它，量子計算機永遠無法真正有用</p>
</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>—微型低温設備將量子計算機的熱排放減少了 10,000 倍——並可能在 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>—科學家創造了世界上第一個能夠保護數據的芯片，以應對量子計算攻擊</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>由於經典頭部和量子信號對環境干擾的反應相似，團隊可以使用經典信號來糾正噪聲，而不干擾量子狀態。這確保了數據完整地到達目的地。</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>雖然試點設置較小，但研究人員相信這標誌着朝着全面量子互聯網的基礎性一步，量子設備可以連接——特別是因為 Q-Chip 由硅製成，並使用現有工藝製造，這意味着它可以大規模生產。</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;在接下來的 5 到 10 年中，量子互聯網的早期階段可能會集中在本地網絡和/或城市規模的量子互聯網，&#34;馮對《生活科學》表示。&#34;應用可能包括安全通信、互聯量子計算機以及分佈式量子傳感，例如超精確導航或計時。&#34;</p>
</div>

由於新芯片的出現，量子互聯網更進一步——該芯片幫助量子信號通過現實世界的光纖電纜傳輸