布魯克海文國家實驗室推出新的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施

北京時間5月20日消息（余予）美國能源部布魯克海文國家實驗室啟動了一個新的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，該設(shè)施將為來自全國和世界各地的科學(xué)家提供服務(wù)，致力于推進令人興奮的量子通信網(wǎng)絡(luò)新領(lǐng)域發(fā)展。

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

“建立一個廣泛的、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世紀最重要的技術(shù)前沿之一，”布魯克海文實驗室儀器部門主任Gabriella Carini表示，“這個新設(shè)施將為研究人員提供實現(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。因此，當在一側(cè)進行測量時，也會影響另一側(cè)?？茖W(xué)家們可以利用這些特性來創(chuàng)建一個安全的、遠程的量子信息網(wǎng)絡(luò)。新設(shè)施已經(jīng)擁有美國最先進的區(qū)域量子網(wǎng)絡(luò)之一，布魯克海文實驗室和石溪大學(xué)的一個團隊最近完成了全國最長的量子網(wǎng)絡(luò)，跨越98英里，連接了這兩個機構(gòu)的兩個校區(qū)。

建立這些長距離的、按需糾纏的能力將對科學(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，例如增強的光學(xué)干涉測量、糾纏傳感器的大型視距陣列、原子鐘的量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計算。該設(shè)施配備了構(gòu)建這些長距離糾纏分布網(wǎng)絡(luò)所必需的最先進的量子網(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)對所有這些挑戰(zhàn)以及更多挑戰(zhàn)。作為一個實驗設(shè)施，它向全球用戶社區(qū)開放。從這些研究工作中擴展的實驗機會將集中在基礎(chǔ)量子設(shè)備的開發(fā)上，包括糾纏產(chǎn)生和檢測，以及便攜式量子存儲器的表征，重點是通過室溫操作實現(xiàn)可擴展性。

“該設(shè)施的一個關(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)實城際光纖集成，并在它們與當前的互聯(lián)網(wǎng)集成后表征它們的性能。” 儀器部門量子系統(tǒng)組的科學(xué)家Julian Martinez-Rincon表示，“這些努力的目標是進行長距離糾纏實驗，以實現(xiàn)分布式量子傳感和計算等新的科學(xué)應(yīng)用，以及開發(fā)算法和協(xié)議來遠程控制區(qū)域量子互聯(lián)網(wǎng)試驗臺。”

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

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

與此同時，設(shè)施研究人員正在努力創(chuàng)建一個“自由空間光鏈路”，它將通過露天，獨立于地下基礎(chǔ)設(shè)施，在布魯克海文實驗室和石溪大學(xué)之間提供一個直接的、站點到站點的糾纏分發(fā)通道。屋頂建設(shè)工作正在進行中，光學(xué)系統(tǒng)正在積極開發(fā)中，一個較小規(guī)模的系統(tǒng)已經(jīng)展示了通過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€關(guān)鍵行業(yè)和應(yīng)用程序，”Carini表示，“布魯克海文實驗室和我們在石溪大學(xué)的合作伙伴很高興能夠站在這場技術(shù)革命的最前沿。”

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

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