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Argonne, UChicago scientists take important step in developing national quantum internet

来自阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家们在芝加哥郊区的一个52英里的网络中发现了纠缠光子,这是发展国家量子互联网的重要一步。

由芝加哥大学教授、阿贡大学高级科学家大卫·奥沙洛姆(David Awschalom)牵头的量子环,于2月2日进行了首次成功的纠缠实验。11. 总部位于阿贡的loop是美国最长的陆基量子网络之一。

这项由美国能源部科学基础能源科学办公室资助的实验,被视为量子互联网发展的基石——一个潜在的高度安全和深远的量子计算机和其他量子设备网络。一个量子互联网可以催化大大加速当今互联网的技术,显著提高通信的安全性,并支持计算和传感的巨大进步。科学家们表示,量子技术可以彻底改变国家和金融安全、患者隐私、药物发现以及新材料的设计和制造,同时增进我们对宇宙的科学理解。

迈出的重要一步。“这是一个利用纠缠和建立一个网络来帮助形成未来量子通信系统的基础上,“Awschalom说,刘家族教授普利兹克UChicago分子工程学院,材料科学部门的资深科学家阿尔贡量子交易所和芝加哥的主任。“我们很高兴看到这些在实验室外分发纠缠态的初步演示,以及一个灵活的通信平台,使我们能够识别将量子现象翻译到现实世界的挑战。”

在亚原子量子世界中,粒子可以纠缠在一起,即使它们在不同的位置也可以共享它们的状态——这种现象可以用来传递信息。该网络起源于伊利诺伊州勒蒙特的阿贡。在芝加哥的西郊,一对26英里的环路绕了一圈,利用量子力学的独特特性,在一段距离内,信息几乎是瞬间“传送”的。作为奖励,科学家们相信这些信息极难破解:量子态在被观察时发生变化,因此外部监听者的存在实际上会改变信号本身。

动画显示光子(光粒子)纠缠在一对26英里的环路中,从勒蒙特的阿尔贡国家实验室到柏林布鲁克的波顿大道355号收费站。

“通过将社区与我们的国家实验室系统整合起来,我们可以期待一个充满创新和合作的未来,”美国能源部负责科学的副部长保罗·达巴(Paul Dabbar)说。“能源部很自豪能让企业更接近在阿贡建造的技术。通过开发量子环路,我们将在全球保持竞争力。”

2月11日,白宫宣布了对美国量子网络的资助和战略构想。根据该计划,未来5年,各公司和国家实验室将共同努力,展示使量子网络成为可能的基础科学和关键技术;未来20年,量子互联网链接将使传统技术无法实现的新功能成为可能。

Argonne计划通过与芝加哥大学附属的费米国家加速器实验室开发双向量子链路网络来扩展这个网络。这样的连接可能有助于为国家实验室领导的跨国量子互联网奠定基础。

Argonne主任Paul Kearns说:“在本地和全国范围内,Argonne促进了重要的行业伙伴关系,加速了技术创新和商业化。”作为芝加哥量子交易所的一部分,我们与业界建立了开创性的合作,这是保持美国在这一重要新兴领域领导地位的关键。”

虽然量子技术有很大的前景,但目前它主要是理论上的;量子系统对干扰极其敏感,迄今为止主要是在清洁、受控的实验室环境中进行测试。这个实验是通过一个现有的光纤地下网络来进行的,这个光纤网络是几十年前为传统的电信设备而建立的。

“在现实世界中,光缆会随着温度的变化而扩张和收缩。还有来自当地交通等环境的振动和噪音。”“这些都是可以影响量子信号传输的因素,我们只能通过在真实世界的操作条件下进行如此大规模的实验来找出这些因素。”

“量子技术的许多测试都局限在研究环境中,”纳米科学与技术部门的助理科学家艾伦·迪博斯(Alan Dibos)说。“该项目的一个令人兴奋的方面是我们的实验室扩展到大芝加哥地区。”

在实现这一里程碑的过程中,Awschalom和团队与新兴量子行业的公司密切合作。该团队与开发量子技术的新公司Qubitekk合作,创建了纠缠光子对,并将它们分布在两个26英里长的光纤环路上。检测返回的光子对,并以高信噪比验证其相关性。

这一结果是芝加哥量子交易所成员的最新成果,该交易所是国家量子信息科学的领导者。该交易所包括来自大学和国家实验室的130多名成员,其中包括芝加哥大学、阿贡大学、费米实验室和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的创始成员。该交易所还包括几家非盈利和国际合作伙伴和七家企业合作伙伴,它们都在不同领域的量子信息技术方面拥有专业知识。

量子回路得到了美国能源部科学办公室的支持。这项实验的额外支持是由芝加哥大学的联合行动计划提供的,该计划致力于帮助Argonne和Fermilab实现任务的成功。

这个故事也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/argonne-uchicago-scientists-take-important-step-developing-national-quantum-internet