一个可行的量子互联网——存储在量子位上的信息通过纠缠在一起进行远距离共享的网络——将改变数据存储、精确传感和计算领域，引领一个新的通信时代。
本月，费米国家加速器实验室(美国能源部与芝加哥大学附属的国家实验室)的科学家们与五个机构的合作伙伴在实现量子互联网的方向上迈出了重要的一步。
在PRX Quantum发表的一篇论文中，该团队首次展示了由光子(光的粒子)组成的量子位的持续远距离隐形传输，保真度超过90%。
利用最先进的单光子探测器和现成的设备，量子比特通过27英里(44公里)长的光纤网络传送。
“我们对这些结果感到非常激动，”费米实验室的科学家、费米实验室量子科学项目负责人、该论文的合著者之一帕纳约蒂斯·斯宾佐里斯(Panagiotis Spentzouris)说。“这是一项重大成就，它将重新定义我们进行全球通信的方式。”
就在几个月前，美国能源部在芝加哥大学的新闻发布会上公布了全国量子互联网的蓝图。
将粒子
量子隐形传态是一种将量子态从一个位置转移到另一个位置的“无实体”传输。一个量子位元的量子隐形传态是通过量子纠缠来实现的，在量子纠缠中，两个或多个粒子不可避免地相互连接在一起。如果一对纠缠粒子在两个独立的位置共享，不管它们之间的距离有多远，编码的信息就被传送了。
联合团队的研究人员分别来自费米实验室、at&t、加州理工学院、哈佛大学、美国宇航局喷气推进实验室和卡尔加里大学。他们成功地在两个系统上传送了量子位:加州理工学院量子网络和费米实验室量子网络。该系统是由加州理工学院的智能量子网络和技术(IN-Q-NET)公私研究项目设计、建造、委托和部署的。
“我们非常自豪能够在可持续、高性能和可扩展的量子隐形传态系统上实现这一里程碑式的成就，”加州理工学院物理教授、IN-Q-NET研究项目主任玛丽亚·斯皮罗普鲁(Maria Spiropulu)说。“随着我们预计将于2021年第二季度完成的系统升级，结果将进一步改善。”
加州理工学院和费米实验室的网络，以近乎自主的数据处理为特色，既与现有的电信基础设施兼容，也与新兴的量子处理和存储设备兼容。研究人员正在使用它们来提高纠缠分布的保真度和速率，重点是复杂的量子通信协议和基础科学。
Spentzouris说:“通过这次演示，我们开始为芝加哥地区的量子网络建设奠定基础。”
芝加哥的网络，被称为伊利诺伊高速量子网络，是由费米实验室与阿贡国家实验室，加州理工学院，西北大学和工业伙伴合作设计的。
费米实验室负责研究的副主任Joe Lykken说:“这一壮举证明了跨学科和机构间合作的成功，它推动了我们在科学领域取得的巨大成就。”“我对in – q – net团队以及我们在学术界和工业界的合作伙伴在量子隐形传态方面的首次成就表示赞赏。
引文:“向量子互联网传送系统。”Valivarthi等人，PRXQuantum, 2020年12月4日，DOI: 10.1103/PRXQuantum.1.020317
资助:美国能源部科学办公室量化项目
——改编自一篇最初由费米实验室国家实验室发表的文章。