HYPERSPACE：打造无可破解的量子互联网
HYPERSPACE项目致力于开发基于卫星的量子通信技术，构建无可破解的跨大西洋量子互联网。
- Harrison Ming
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HYPERSPACE：打造无可破解的量子互联网
HYPERSPACE是一个国际研究项目，旨在开发基于卫星的量子通信技术，创建一个无可破解的跨大西洋量子互联网。该项目探索高维量子纠缠，以提高数据容量和安全性，克服基于光纤的系统在距离上的限制。
作为欧盟与加拿大的联合支持，HYPERSPACE汇聚了八个顶尖研究机构，展示通过大气自由空间光学测试实现安全量子链接的可能性。
新闻发布
在跨大西洋无线通信的重大突破——首次跨大西洋无线电信号传输120多年后，科学家们再次试图通过大西洋发送隐形信息。但这次，没有人可以窃听。
来自欧洲和加拿大的研究人员正在开发技术，使他们能够通过卫星向大陆发射量子编码的信息，为一种新型互联网奠定基础——这种互联网在本质上是无可破解的。
HYPERSPACE项目正在超越基于光纤的量子链接的限制，将空间作为超安全通信的下一个前沿。通过在卫星与地面站之间发送量子安全的光，研究团队正在为未来的量子互联网奠定基础，该互联网可以跨越大陆并通过设计保持数据的私密性。
尽管完全操作的跨大西洋量子链接仍需数年才能实现，HYPERSPACE的目标是解决实现这一突破所需的核心科学和技术挑战。
该项目被广泛视为马可尼于1901年开创的跨大西洋无线电传输的现代回声。正如那个突破开启了无线通信的时代，HYPERSPACE也可能标志着一种量子驱动的互联网的开始，这种互联网不是建立在电缆和代码之上，而是建立在纠缠粒子和物理法则之上。
马可尼于1901年12月12日成功接收了第一条跨大西洋无线电信号。该信号是“Morse”代码字母“S”，从英国康沃尔的Poldhu发送到加拿大纽芬兰的信号山。
“HYPERSPACE正在研究如何通过量子技术在太空中生成完全安全的加密密钥，”项目协调人Fabian Steinlechner教授说。“有一天，这可以连接整个大陆，进行无法被破解的通信。今天，欧洲和加拿大正在通过测试如何在卫星和地面之间传输量子信号，为这样的未来打下基础。”
量子纠缠是什么？
在HYPERSPACE的核心是一个奇怪的现象，称为量子纠缠，爱因斯坦将其描述为“远距离的怪异作用”。
用一个简单的比喻，纠缠粒子就像一对同卵双胞胎。这对纠缠的双胞胎可以有两种眼睛颜色，蓝色或棕色。当我们确定其中一个双胞胎的眼睛颜色时，就会瞬间知道另一个双胞胎的眼睛颜色。奇怪的是，根据量子理论，眼睛颜色在我们实际测量（或“观察”）之前并未确定。结果是完全随机的，但即使它们相距数千英里，也会随机出现。这意味着你可以利用它们以一种无法复制或窃听的方式安全生成随机加密密钥（锁定通信背后的秘密代码）。
量子通信不是通过复杂的密码或加密算法来保护的，而是通过纠缠粒子的奇特物理学进行保护。这些量子信号可以通过光纤电缆发送，甚至可以通过开放空间传输，但与传统数据不同，任何试图拦截它们的行为都会立即破坏连接并暴露窃听者。
目前，大多数量子通信系统依赖光子通过光纤电缆共享加密密钥。但基于光纤的地面系统只能到达一定距离：几百公里后，信号会减弱并变得不可靠。这就是为什么HYPERSPACE团队正在关注空间：探索如何在卫星和地面站之间发送量子信号，从而实现跨越广阔距离的安全通信。
高维量子纠缠
该团队正在探索如何将多个量子比特（qubits）编码到一个光子上，以创建“高维量子纠缠”，本质上是一次性传输更多的信息。
量子纠缠是强大的，但通常只能一次发送一比特信息，就像一辆汽车行驶在单车道上。通过高维量子纠缠，就像在道路上增加了额外的车道。突然之间，多个车辆可以并排移动，这意味着更多的信息以更快的速度传输，减少了延迟或干扰的可能性。
Fabian Steinlechner教授表示：“高维量子纠缠还使整个系统更加稳健：如果有干扰（如噪音或黑客攻击），信号依然强大，因为它分散在更多的通道上。简而言之，这意味着更快的速度、更大的安全性，以及每一脉冲量子光中传输更多的信息。”
概念验证
尽管基于空间的量子互联网的想法仍处于初期阶段，HYPERSPACE目前专注于建立较短的地面自由空间光学链接的概念验证。该项目的目标是开发和测试实现欧洲与加拿大之间安全量子通信所需的核心技术——从先进的光子源到高维量子纠缠的协议。如果成功，这将为未来完全操作的量子链接铺平道路，并为跨洲际量子网络提供蓝图。
长期目标是实现量子互联网：一个全球系统，用于安全数据共享、精确导航、先进传感和云计算——所有这些都通过物理法则保护，免受黑客攻击。与传统加密不同，强大的计算机最终可能破解的加密，量子通信使窃听成为不可能：任何试图拦截信号的行为都会立即留下痕迹。
为什么欧洲走在前列？
虽然全球对量子网络的兴趣正在迅速增长，但欧洲在量子光学和光子集成方面建立了强大的领先地位，这两者对于将量子通信从实验室实验扩展到太空网络至关重要。
在“地平线欧洲”计划下，欧盟与加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）共同资助HYPERSPACE。
该倡议汇聚了来自德国、法国、意大利、奥地利和加拿大的领先研究机构的科学家。他们共同构建完整技术链：量子光源、信号编码器、探测器和适用于太空的光学系统，最终实现高维量子纠缠在真实大气链接中的验证演示。
HYPERSPACE联盟将于今年9月结束，成员包括来自欧洲和加拿大的八个领先研究机构，其中包括德国的弗劳恩霍夫光学研究所、法国的CEA-Leti、奥地利的维也纳科技大学、意大利的帕多瓦大学和帕维亚大学，以及来自加拿大的国家科学研究院、多伦多大学和滑铁卢大学。