Авторизация



Войти

Регестрация

National Labs объединяются для создания квантовой сети


foto

Две национальные лаборатории США планируют построить новую квантовую сеть, преодолеющую расстояние в 48 километров между их объектами. Проект мог бы продвинуть усилия США в глобальной гонке по разработке безотзывных коммуникационных технологий.


Сеть в Чикаго нацелена на изучение более надежного способа использования квантовой перепутывания - феномена, позволяющего пара запутанных частиц, действующих как квантовые биты (кубиты), мгновенно обмениваться изменениями в их квантовых состояниях, даже если они разделены многими милями.


Это не будет самая длинная квантовая сеть в мире, но инициатива Chicago станет первопроходцем уникального подхода, создав кубиты через твердотельные материалы. В случае успеха проект может проложить путь к более крупным квантовым сетям, которые передают информацию через твердотельные кубиты.


«В то время как другие проекты с квантовой сетью делают акцент на подключении нескольких сегментов волокон для расширения линии связи, наш тестовый стенд фокусируется на способах создания надежных, эффективных и масштабируемых квантовых запутываний», - говорит Дэвид Аушалом, профессор по спинтронике и квантовой информации в Чикагском университете. «Как только мы это понимаем, тестовое место можно легко расширить, подключив несколько ссылок».


Несколько миллионов долларов из Министерства энергетики США будут финансировать новую квантовую сеть, которая будет растягиваться между Национальной лабораторией Аргонна и Национальной ускорительной лабораторией Ферми в течение года или около того. Как национальные лаборатории, так и Чикагский университет создали сотрудничество, известное под названием Chicago Quantum Exchange, которое направлено Awschalom, чтобы возглавить проект.


Нет недостатка в возможностях исследователей, которые могут исследовать, используя квантовую сеть в качестве испытательного стенда для новых технологий. Квантовые сети могут быть строительным блоком для безопасной связи и, в конечном итоге, могут образовать глобальный квантовый Интернет. Такие сети могли бы также помочь увеличить квантовые вычисления и дать возможность экспериментировать с квантово-улучшенными приборами для измерения точности и учета времени.


Некоторые из крупнейших квантовых сетей в Китае и других странах в основном полагаются на кубиты на основе фотонов или частиц света. Эти разновидности часто действуют как мобильные «летающие кубиты», которые проходят через волоконно-оптические кабели. Общая схема в распределительных сетях с квантовыми ключами состоит в том, что запутанные фотоны служат в качестве посланников, которые несут секретные ключи между узлами в сети. Но чем больше путешествуют такие фотоны, тем больше вероятность того, что они либо будут поглощены, либо рассеяны, и не смогут добраться до места назначения.


Для сравнения, проект Chicago Quantum Exchange использовал бы летающие кубиты фотонов, чтобы инициировать запутывание между твердотельными кубитными узлами, расположенными на обоих концах квантовой сети. Как только твердотельные кубиты на обоих концах сети обмениваются запутанными квантовыми состояниями, они могут передавать информацию непосредственно между собой посредством квантовой телепортации.


Твердотельные кубиты основаны на «атомах или атомных дефектах в твердых телах», объясняет Аушалом. Эти твердотельные кубиты могут включать алмазные и карбидные материалы кремния, у которых отсутствуют атомы, отсутствующие в их кристаллических структурах, или редкоземельные минералы, содержащие одноатомные примеси. Такие материалы аналогичны тем, которые используются в современных вычислительных технологиях.


«По сравнению с фотонами, которые действуют как «летающие кубиты», твердотельные кубиты долговечны, стабильны и могут быть потенциально расширены до больших систем» - говорит Аушалом.


Подземные волоконно-оптические кабели, которые станут основой новой квантовой сети США, уже существуют, были установлены более десятка лет назад в рамках высокоскоростной сети передачи данных в штате Иллинойс. Исследователи планируют построить два узла на обоих концах волоконной сети, которые включают источники, память и конвертеры кубитов.


Новый проект представляет собой одну из самых значительных усилий США по наращиванию исследований в области квантовой науки, поскольку страны Азии и Европы также участвуют в разработке квантовых сетей. Китай, в частности, уже продемонстрировал, как волоконно-оптические квантовые сети могут сотрудничать со спутниковой квантовой связью для надежной передачи информации по всему миру.


Это шаг, который Соединенные Штаты могли бы сделать и когда-нибудь, если он развивает и запускает свои собственные квантовые спутники. «В будущем мы обсуждаем пути включения квантовых спутников в качестве дополнительных узлов в наземные узлы для формирования гибридной сети» - говорит Аушалом.