量子互联网可以用来发送不可破解的信息，提高GPS系统的精度，并支持基于云的量子计算。二十多年来，由于很难在没有损失的情况下通过远距离发送量子信号，创建这样一个量子网络的梦想在很大程度上一直遥不可及。现在，哈佛大学和麻省理工学院的研究人员已经找到了一种方法，用一个可以捕获、存储和纠缠量子信息比特的原型量子节点来校正信号丢失。这项成果3月23日在线发表在《自然》杂志上。
这项研究填补了通向实用量子互联网的缺失环节，也是长距离量子网络发展的重要一步。从第一台电报机到今天的光纤互联网，每一种通信技术都必须解决信号在远距离传输时的退化和丢失问题。第一批中继器是在19世纪中期发展起来的，用来接收和放大信号以弥补这种损失。200年后，中继器已成为我们远程通信基础设施不可或缺的一部分。量子网络使用光的量子粒子-单个光子-来远距离传输光的量子态。
这些网络具有经典系统所没有的技巧：纠缠。纠缠被爱因斯坦称为“远距离的恐怖行为”，可使信息的比特在任何距离上都完美关联。由于不改变就无法观察到量子系统，因此可以使用纠缠向发送消息，而不必担心窃听者。这一概念是应用量子密码术的基础，量子物理学定律保证了安全性。然而，远距离的量子通信也受到常规光子损耗的影响，这是实现大规模量子互联网的主要障碍之一。
但是，量子通信超安全的物理原理也使得不可能使用现有的经典中继器来修复信息丢失。本质上来讲，量子中继器是一种小型的专用量子计算机。在这样一个网络的每个阶段，量子中继器必须能够捕获和处理量子信息的量子比特以纠正错误，并将其存储足够长的时间，以便网络的其余部分准备就绪。哈佛大学Lukin实验室与麻省理工学院（MIT）电子研究实验室一直致力于利用一种能很好地完成这两项任务的系统——金刚石中的硅空位色心。
这些中心是钻石原子结构中的微小缺陷，可以吸收和辐射光，从而产生钻石的鲜艳色彩。研究人员将一个单独的色心整合到了纳米金刚石腔中，从而限制了承载信息的光子，并迫使它们与单个色心相互作用。然后，他们将该装置放置在温度接近绝对零度的冰箱中，并通过光纤电缆将单个光子送入冰箱，在那里它们被色心有效捕获和捕获。结果表明，该装置可以存储毫秒级的量子信息足够长的时间，以将信息传输数千公里之外。
研究人员表示，当前，我们正通过在真实的城市光纤链路中部署量子存储器来扩展这项研究。我们计划创建纠缠大型量子存储器网络，并探索量子互联网的首次应用。Lukin说：“这是首次系统级演示，结合了纳米制造、光子学和量子控制方面的重大进展，显示了在使用量子中继器节点进行信息传输方面的明显量子优势。我们期待着开始探索使用这些技术的独特新应用。”