早在2020年2月，美國能源部阿貢國家實驗室和芝加哥大學的科學家透露，在位於芝加哥郊區的83.7公裡量子環路網絡中，他們已經實現了量子糾纏，在量子糾纏中，兩個微小粒子的行為相互關聯，因此它們的狀態相同。
如果您不是一位熟悉量子力學的科學家，您可能會想了解到底是什麼令大家對量子力學感興趣。用一句簡單話概括，在最小現實尺度上，物質和能量行為與我們所看到的世界截然不同。
但是研究人員的這一實驗壯舉，為未來幾十年內開發功能強大的網際網路新版本邁出了重要的一步，它將替代今天使用0或1表示位的網絡，未來的量子網際網路將利用量子信息的量子位，該量子位可以具有無限數量的值。（量子位是量子計算機的信息單位；就像普通計算機中的位）。
這將為量子網際網路提供更多的帶寬，這將有可能連接超強大的量子計算機和其他設備，並運行海量的應用程式，而這正是我們現在的網際網路無法實現的。
戴維·奧沙洛姆（David Awschalom）通過電子郵件解釋說：「量子網際網路將成為量子生態系統的平臺。在這種方式下，感知、通信和計算實際上是作為一個實體一起工作。」戴維·奧沙洛姆是芝加哥大學普利茲克分子工程學院的自旋電子學和量子信息學教授，也是阿爾貢大學的高級科學家，他領導了量子環路項目。
解釋量子網際網路
那麼，為什麼我們需要量子網際網路，它能做什麼呢？首先，量子網際網路並不能取代我們現在的網際網路，而是普通網際網路的一個補充或一個分支。它將能夠解決目前困擾網際網路的一些問題。
例如，量子網際網路將將大大降低黑客和網絡犯罪分子對網絡信息的攔截和竊取。現在，如果紐約的愛麗絲通過網際網路向加利福尼亞的鮑勃發送了一條消息，則該消息或多或少地沿一條直線從另一海岸傳播到另一海岸。在此過程中，傳輸消息的信號會衰減。這就需要中繼器讀取信號，放大並糾正錯誤。但是此過程允許黑客「闖入」並攔截消息。
但是，量子信息不會有這個問題。量子網絡使用光子發送信息，不易受到網絡攻擊。洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究人員雷·紐厄爾說，與其使用複雜的數學加密信息，不如依靠量子物理學的特殊規則。對於量子信息，「您不能複製它或將其切成兩半，甚至在不更改它的情況下也無法看到它。」事實上，正如《連線》雜誌所指出的那樣，僅僅試圖截取一條消息就會破壞該消息。這將比現在可用的任何加密方法安全得多。
位於巴吞魯日的路易斯安那州立大學的研究員蘇梅特·哈特裡（Sumeet Khatri）在電子郵件中說：「了解量子網際網路概念的最簡單方法是通過量子隱形傳態。」他和他的同事寫了一篇關於天基量子網際網路的可行性的論文，正如《技術評論》的文章所描述的那樣，將通過衛星源源不斷地將糾纏的光子向地面傳播。
「量子隱形傳態不同於在科幻電影中所見到的東西。」哈特裡說，「在量子隱形傳態中，兩個想要交流的人共享一對糾纏在一起的量子粒子。然後，通過一系列操作，發送器可以將任何量子信息發送到接收器（儘管它不能比光速更快）。在世界各地組對的人之間，這種共享糾纏在一起的集合實質上構成了量子網際網路。核心研究問題是如何更好地將這些糾纏對分配給世界各地的人們。」
一旦大規模地實現這一目標，量子網際網路傳遞信息是如此之快。利用量子網際網路，太空飛行器上的時鐘可以比目前最好的原子鐘精確大約一千倍。這將使GPS導航比現在精確得多，並且繪製出地球引力場的細節，使科學家能夠發現引力波的脈動。它還能夠從地球上遙遠的可見光望遠鏡傳送光子，並將它們連接到一個巨大的虛擬天文臺。
橡樹嶺國家實驗室量子信息科學小組負責人尼古拉斯·彼得斯說：「您可能會看到其他恆星周圍的行星。」
全球超強大的量子計算機網絡也可以一起工作，並創建極其複雜的仿真。例如，這可能使研究人員能夠更好地理解分子和蛋白質的行為，並開發和測試新的藥物。
這也可能有助於物理學家解決一些長期存在的謎團。「我們沒有關於宇宙如何運轉的完整圖景。」紐厄爾說， 「我們對量子力學的工作原理有很好的了解，但對其影響的了解還不是很清楚。在我日常生活，量子力學對我們有何影響更是沒有頭緒。」
建立量子網際網路的挑戰
但是，在這一切發生之前，研究人員必須弄清楚如何構建量子網際網路，並且鑑於量子力學的怪異之處，這並非易事。 「在經典世界中，您可以對信息進行編碼並保存，並且信息不會衰減。」彼得斯說，「在量子世界中，您一旦對信息進行編碼，信息就會立即開始衰減。」
另一個問題是，由於與量子信息相對應的能量確實很少，因此很難阻止它與外界相互作用。如今，「在許多情況下，量子系統只能在非常低的溫度下工作」，紐厄爾說， 「另一種選擇是在真空中工作。」
為了發揮量子網際網路的功能，紐厄爾說，我們將需要尚未開發的各種硬體。因此，儘管有中國科學家潘建偉預見量子網際網路最早可能在2030年建成，但在這一點上很難確切說出量子網際網路何時開始運行。