美国特朗普政府正在申请一项投资2.37亿美元用于支持量子信息研究的预算，如果获得国会批准，将为推动量子互联网发展提供重要资金基础。

目前中国和美国在面向未来的下一代量子信息技术领域展开激烈竞争。在业界看来，量子信息技术的发展更像是一场“马拉松”，而不是“短跑”。

构建广泛覆盖的量子网络

根据最新国会审议的预算，特朗普政府将2021年科研经费整体削减了近10%，但出人意料地将量子信息科学的开支增加约20%至2.37亿美元。其中，能源部要求2500万美元来加速量子互联网的发展。量子信息技术有望彻底改变网络安全和材料科学等领域。

如果美国国会在2021年的预算中批准量子信息科学，研究人员将能为他们的实验提供额外的资金。美国能源部负责科学的副部长保罗·达巴尔（Paul Dabbar）表示:“我们有一个长期的愿景，那就是把所有的国家实验室连接起来，从东海岸到西海岸。”

“这种水平的资金将使我们能够开始为复杂、实用和高影响力的量子网络奠定基础，意义极其重大。” 芝加哥大学的量子工程师大卫·奥沙龙（David Awschalom）教授表示。

中国已经实现了在某些城市之间进行量子加密的早期应用，但要建立完全覆盖整个国家的量子网络至少还需要几十年的时间。构建这样的网络还需要重新设计量子路由器、量子存储器和量子计算机等，这些基础工作今天已经在进行中了。

美国能源部下属阿贡国家实验室与芝加哥大学已经于上个月共同完成了“量子环”系统测试，为未来国家量子互联网建设奠定了基础。在此次实验中，阿贡实验室和芝加哥大学制作了一个纠缠光子源，并将其接入芝加哥郊区的一个26英里（1英里约合1.6公里）长的光纤网络中。研究人员根据在网络中行走一圈的返回光子，测量光源的纠缠程度，为进一步开展量子通信实验做准备。

今年夏天晚些时候，阿贡国家实验室和费米国家加速器实验室的物理学家们还将创建双向量子网络，将两个实验室连接，使量子网络长度增加到82英里。此外，研究人员还将尝试进行量子隐形传态实验。未来，美国能源部将在17个国家实验室间建立量子网络，并将之推广到全国。

绝对安全的量子加密技术

纽约布鲁克海文国家实验室的研究人员也正在通过光纤电缆将纠缠光子从传输到石溪大学，两个实验室的距离大约11英里。布鲁克海文的科学家们还在测试在类似距离的空气中纠缠光子的无线传输。

布鲁克海文计算科学项目主任克尔斯廷·克莱斯·范达姆（Kerstin Kleese van Dam）博士对第一财经记者表示，这种纠缠光子的发送和接收相当于量子路由器，但下一步研究人员需要一个量子存储器，来保存他们交换的信息的方式。“我们正在实现几英里内纠缠状态的存储。”范达姆博士说道。

量子网络充满潜力，能够通过量子加密实现超安全的数据传输。中国科学技术大学潘建伟团队长期致力于量子中继器的实用化研究，特别是在多光子纠缠制备和操纵方面处于世界领先地位。

2008年，潘建伟团队搭建的兼顾纠缠交换和量子存储的量子中继器节点，为未来实现基于原子系综系统的量子中继器打下坚实的基础。量子中继是绝对安全的量子保密技术。2016年，中国发射了首颗量子通信科学实验卫星墨子号，将一对纠缠光子发送到相距700多英里的两个城市。这是对远程量子密钥分配的一个关键测试，粒子以几乎不可能破解的方式加密信息。

如今中国已经建成了一条2000公里长的连接北京和上海的主干网络京沪干线，银行和其他公司可以使用这条网络进行几乎完全安全的加密。但是中国只跨过了第一个里程碑。京沪干线是点对点的量子保密通信，也就是所谓的“可信中继”，这与量子中继的绝对保密仍有差距。

范达姆博士指出，如果没有量子中继器，整个网络依赖于几十个“可信”节点，那么这些“阿克琉斯之踵”会暂时让量子魔法暂停。“我们正在等待真正安全的端到端通信。”她表示，“我们想做的超出了中国正在实现的量子通信计划”

“美国对自己的空间科技能力保持信心，在量子通信领域的计划显然是瞄准了中国的‘墨子号’的设计，并期待超越。”一位中国量子通信领域专家告诉第一财经记者，“我认为未来中美将在这一领域出现交替领先的局面。”

关于“墨子沙龙”

墨子沙龙是由中国科学技术大学上海研究院主办、上海市浦东新区科学技术协会及中国科大新创校友基金会协办的公益性大型科普论坛。沙龙的科普对象为对科学有浓厚兴趣、热爱科普的普通民众，力图打造具有中学生学力便可以了解当下全球最尖端科学资讯的科普讲坛。