布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室推出新的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

北京時(shí)間5月20日消息（余予）美國(guó)能源部布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了一個(gè)新的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，該設(shè)施將為來(lái)自全國(guó)和世界各地的科學(xué)家提供服務(wù)，致力于推進(jìn)令人興奮的量子通信網(wǎng)絡(luò)新領(lǐng)域發(fā)展。

科學(xué)家們測(cè)試將用于量子自由空間鏈接項(xiàng)目的設(shè)備，該項(xiàng)目將在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)的一棟建筑物和20多公里外石溪大學(xué)校園內(nèi)的另一棟建筑物之間進(jìn)行糾纏光子傳輸。

“建立一個(gè)廣泛的、基于量子的全球通信網(wǎng)絡(luò)——量子互聯(lián)網(wǎng)——有可能成為21世紀(jì)最重要的技術(shù)前沿之一，”布魯克海文實(shí)驗(yàn)室儀器部門(mén)主任Gabriella Carini表示，“這個(gè)新設(shè)施將為研究人員提供實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏分布網(wǎng)絡(luò)所需的工具和能力。”

在量子力學(xué)中，糾纏粒子（通常是光子）的物理特性保持關(guān)聯(lián)，即使它們之間相隔很遠(yuǎn)。因此，當(dāng)在一側(cè)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，也會(huì)影響另一側(cè)。科學(xué)家們可以利用這些特性來(lái)創(chuàng)建一個(gè)安全的、遠(yuǎn)程的量子信息網(wǎng)絡(luò)。新設(shè)施已經(jīng)擁有美國(guó)最先進(jìn)的區(qū)域量子網(wǎng)絡(luò)之一，布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和石溪大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)最近完成了全國(guó)最長(zhǎng)的量子網(wǎng)絡(luò)，跨越98英里，連接了這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)校區(qū)。

建立這些長(zhǎng)距離的、按需糾纏的能力將對(duì)科學(xué)界產(chǎn)生巨大影響。它們將使一系列全新的應(yīng)用成為可能，例如增強(qiáng)的光學(xué)干涉測(cè)量、糾纏傳感器的大型視距陣列、原子鐘的量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算。該設(shè)施配備了構(gòu)建這些長(zhǎng)距離糾纏分布網(wǎng)絡(luò)所必需的最先進(jìn)的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

量子網(wǎng)絡(luò)僅處于起步階段。在實(shí)現(xiàn)大型量子通信系統(tǒng)的全部潛力之前，仍然存在許多挑戰(zhàn)。布魯克海文的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施旨在應(yīng)對(duì)所有這些挑戰(zhàn)以及更多挑戰(zhàn)。作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)施，它向全球用戶社區(qū)開(kāi)放。從這些研究工作中擴(kuò)展的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)將集中在基礎(chǔ)量子設(shè)備的開(kāi)發(fā)上，包括糾纏產(chǎn)生和檢測(cè)，以及便攜式量子存儲(chǔ)器的表征，重點(diǎn)是通過(guò)室溫操作實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。

“該設(shè)施的一個(gè)關(guān)鍵方面是，它能夠?qū)⑦@些量子硬件構(gòu)建塊與現(xiàn)有的現(xiàn)實(shí)城際光纖集成，并在它們與當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)集成后表征它們的性能。” 儀器部門(mén)量子系統(tǒng)組的科學(xué)家Julian Martinez-Rincon表示，“這些努力的目標(biāo)是進(jìn)行長(zhǎng)距離糾纏實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)分布式量子傳感和計(jì)算等新的科學(xué)應(yīng)用，以及開(kāi)發(fā)算法和協(xié)議來(lái)遠(yuǎn)程控制區(qū)域量子互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)臺(tái)。”

該設(shè)施完全由其用戶支持，包括常駐研究項(xiàng)目和通過(guò)研究合作協(xié)議簽訂的外部用戶。

該設(shè)施的長(zhǎng)期愿景是使其成為量子中繼器輔助的糾纏分配網(wǎng)絡(luò)的首批實(shí)例之一，該網(wǎng)絡(luò)將能夠在其所有量子節(jié)點(diǎn)處預(yù)示和維持糾纏。該設(shè)施的光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施目前正在擴(kuò)展，以覆蓋長(zhǎng)島和紐約市大都市區(qū)的更多節(jié)點(diǎn)。這包括布魯克海文實(shí)驗(yàn)室、石溪大學(xué)和紐約市的多功能量子節(jié)點(diǎn)，由位于康馬克和韋斯特伯里的糾纏生成和交換節(jié)點(diǎn)輔助。

與此同時(shí)，設(shè)施研究人員正在努力創(chuàng)建一個(gè)“自由空間光鏈路”，它將通過(guò)露天，獨(dú)立于地下基礎(chǔ)設(shè)施，在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和石溪大學(xué)之間提供一個(gè)直接的、站點(diǎn)到站點(diǎn)的糾纏分發(fā)通道。屋頂建設(shè)工作正在進(jìn)行中，光學(xué)系統(tǒng)正在積極開(kāi)發(fā)中，一個(gè)較小規(guī)模的系統(tǒng)已經(jīng)展示了通過(guò)自由空間和返回的高效連接。

“量子網(wǎng)絡(luò)提供了一種更加精確、快速和安全的通信形式，它將觸及影響我們?nèi)粘Ｉ畹膸讉€(gè)關(guān)鍵行業(yè)和應(yīng)用程序，”Carini表示，“布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和我們?cè)谑髮W(xué)的合作伙伴很高興能夠站在這場(chǎng)技術(shù)革命的最前沿。”

布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的支持?？茖W(xué)辦公室是美國(guó)物理科學(xué)基礎(chǔ)研究的最大支持者，致力于解決我們這個(gè)時(shí)代最緊迫的一些挑戰(zhàn)。

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