在量子计算和网络安全领域，量子网络的概念已经从科幻小说的幻想走向现实。芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员提出了一种创新方法，使用真空密封管和间隔排列的透镜阵列来构建跨越国家的量子网络。

量子计算机以其强大的数据处理能力，为提高网络安全性、通信和数据处理等领域提供了新的可能性。然而，要实现这些优势，需要将多个量子计算机连接起来构建量子网络或量子互联网。科学家们一直在寻找实用的方法来构建这样的网络，这需要能够在长距离上传输量子信息。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员提出了一种新方法：使用真空密封管和一系列间隔排列的透镜来构建长量子通道。这些真空光束导引器直径约20厘米，能够覆盖数千公里的范围，每秒传输高达10万亿量子比特，优于任何现有的量子通信方法。编码量子数据的光子将通过真空管传输，并借助透镜保持聚焦。

Liang Jiang教授表示：“我们相信这种网络是可行的，并且具有巨大潜力。它不仅可以用于安全通信，还可以用于构建分布式量子计算网络、分布式量子传感技术、新型望远镜和同步时钟。”

研究人员与斯坦福大学和加州理工学院的科学家合作，提出了这一新方法。他们的研究成果已经发表在《物理评论快报》上。

量子计算机依赖于量子比特，这些量子比特可以表现出量子现象，如叠加和纠缠。这些特性赋予量子计算机分析新型数据、安全存储和传递信息的能力。将多个量子计算机连接起来可以使它们更加强大，因为它们的数据处理能力可以集中起来。然而，通常用于连接计算机的网络并不理想，因为它们无法维持量子比特的量子属性。

Liang Jiang教授解释说：“你不能在经典网络上发送量子状态。你可能可以以经典方式发送数据，量子计算机可以处理它，但结果又以经典方式发送回来。”

一些研究人员已经测试了使用光纤电缆和卫星传输光子的方法，光子可以作为量子比特。光子可以通过现有的光纤电缆短距离传输，但通常会因为被吸收而迅速丢失信息。通过太空中的卫星反射回地面的新位置的光子由于太空的真空特性，被吸收较少，但其传输受到大气吸收和卫星可用性的限制。

PME研究生、这项工作的第一作者Yuexun Huang表示：“我们想要做的是结合之前方法的各自优势。在真空中，你可以发送大量信息而没有衰减。但如果能在地面上做到这一点就理想了。”

受加州理工学院激光干涉引力波天文台（LIGO）科学家建造的巨大地面真空管技术的启发，这些真空管用于包含可以检测引力波的移动光子，Jiang、Huang和他们的同事开始构思如何使用较小的真空管在量子计算机之间传输光子。在他们的新理论工作中，他们展示了这些管子如果设计和布置得当，可以携带光子穿越全国。而且，它们只需要中等真空（10^-4大气压），这比LIGO所需的超高真空（10^-11大气压）更容易维持。

与加州理工学院的研究人员合作，该团队正计划进行台式实验来测试这个想法的实用性，然后计划使用LIGO等地的更大的真空管来研究如何对齐透镜并在长距离上稳定光子束。

这项创新的真空管技术为构建量子网络提供了新的可能性，有望实现安全、高容量的量子通信。随着量子网络的进一步研究和发展，我们期待未来能够在量子计算、量子传感和新型望远镜等领域实现突破性进展。如果您对这项技术感兴趣，或者对量子网络的发展有独到见解，欢迎在评论区分享您的想法。

参考资料：DOI： 10.1103/PhysRevLett.133.020801