分类
芝加哥大学新闻

New quantum loop provides testbed for quantum communication technology

上周,来自阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家们在阿贡启动了一个量子通信实验的新试验台。

量子环路由一对26英里长的光纤电缆组成,它们在阿尔贡和靠近柏林布鲁克郊区的伊利诺伊收费公路之间绕行。总长52英里,是全国最长的地面量子通信通道之一。

这个回路将成为对利用量子物理原理在长距离传输不可阻挡信息感兴趣的研究人员的试验台。阿尔冈大学和芝加哥大学的研究人员计划利用这个试验台来探索量子工程系统背后的科学原理,并利用量子纠缠的特性——这种现象被爱因斯坦称为“鬼魅般的远距离行为”。量子纠缠将两个(或更多)粒子连接起来,使它们处于一种共同的状态——无论其中一个粒子发生什么,都会立即影响另一个粒子,无论它们相距多远。

“开创这个量子循环对于芝加哥是一个重要的步骤,在全国建立一个大规模的量子网络,可以实现安全的数据传输远距离,”首席研究员大卫说Awschalom,资深科学家在阿贡材料科学部门,刘家族分子工程芝加哥大学的教授和主任芝加哥量子交换。“该回路将使我们能够识别和解决运营量子网络的挑战,并可用于测试和演示更远距离的通信,以帮助奠定量子互联网的基础。”

Argonne的科学家Joe Heremans、Alan Dibos和Gary Wolfowicz参与了量子环路项目,他们通过一个光纤环路和两个光纤环路产生和传输光脉冲,演示了试验台的运作。他们观察到激光脉冲沿一个光纤环路的传输时间延迟了200微秒,这与玻璃光纤中的光速一致。

他们也开始在一系列的实验中使用这个回路,包括从离子集合体发射出的光子中发射信号。这些离子可用作网络的量子存储器。功能性量子存储器是量子通信和量子互联网的关键技术进步,它需要存储和检索量子态。

他说:“我们将需要许多间隔在大约100公里外的量子存储器,通过网络来传递量子信号。量子环路使我们能够在大规模部署之前测试和完善这种量子存储技术,”阿贡纳米科学技术部门的科学家、芝加哥大学分子工程助理教授田中说。


“研究导致科学基础设施(如量子循环将确保美国仍是世界领导人在这个关键,快速发展的领域,这将打开新的重要途径的调查在量子数据传输和安全通信等领域,“说能源部科学副部长保罗Dabbar。“我们期待在量子信息科学的其他领域继续获得更多的支持和成就。”

Argonne国家实验室主任Paul Kearns说:“这个量子环路对于量子物理、通信和计算领域的科学界来说是一个重要的能力。”“这些实验表明,阿贡的世界顶尖科学家和工程师如何帮助确保美国在基本量子信息科学方面的领导地位。”

阿贡独特的世界级设施,包括纳米材料中心和先进的光子源——美国能源部科学用户设施办公室——以及量子工厂,使研究人员能够建立和表征用于量子通信的材料和设备。

除了量子环路,阿贡计划与费米国家加速器实验室开发双向量子链路网络。当这两个项目连接在一起时,同样得到能源部支持的量子链路有望成为世界上使用量子物理发送安全信息的最长链路之一。

Argonne和UChicago是芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)的成员,该交易所是促进量子信息科学和工程领域的学术和工业努力的催化剂。芝加哥量子交易所由Awschalom领导,总部设在芝加哥大学普利兹克分子工程学院,核心成员包括阿贡、费米实验室和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校。

资助:美国能源部

文章首先出现在阿贡国家实验室的网站上。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.uchicago.edu/story/new-quantum-loop-provides-testbed-quantum-communication-technology