量子高保真傳送實現,量子網際網路要來了,顛覆現有世界

2020-12-24 互聯範兒

可行的量子網際網路（一種通過糾纏在遠距離共享量子位中存儲的信息的網絡）將改變數據存儲，精確感測和計算的領域，從而開創通信的新時代。

本月，美國能源部科學辦公室國家實驗室費米實驗室的科學家及其合作夥伴朝著實現量子網際網路的方向邁出了重要一步。

在PRX Quantum上發表的一篇論文中，該團隊首次展示了保真度大於90％的光子量子位（光量子）的持續，遠距離（光纖44公裡）的隱形傳送。使用最先進的單光子探測器和現成的設備通過光纖網絡傳送量子比特。

費米實驗室量子科學計劃負責人，論文的合著者之一，費米實驗室科學家帕納吉奧蒂斯·斯潘佐裡斯（Panagiotis Spentzouris）說：「我們對這些結果感到非常興奮。」 「這是在構建將重新定義我們進行全球交流方式的技術的方式上的一項關鍵成就。」

量子隱形傳態是量子態從一個位置到另一個位置的「無形」轉移。量子位的量子隱形傳態是通過量子糾纏實現的，其中兩個或更多個粒子彼此密不可分。如果兩個單獨位置之間共享一個糾纏的粒子對，無論它們之間的距離如何，編碼信息都會被傳送。

聯合團隊-Fermilab，AT＆T，加州理工學院，哈佛大學，NASA噴氣推進實驗室和卡爾加裡大學的研究人員-在兩個系統上成功傳輸了量子比特：Caltech Quantum Network或CQNET，以及Fermilab Quantum Network或FQNET。這些系統是由Caltech在智能量子網絡和技術或IN-Q-NET上的公私合營研究計劃設計，建造，調試和部署的。

「我們為在可持續，高性能和可擴展的量子隱形傳態系統方面實現這一裡程碑感到非常自豪，」加州理工大學尚義成物理教授，IN-Q-NET研究計劃主任瑪麗亞·斯皮羅普魯（Maria Spiropulu）說。「隨著我們預計將在2021年第二季度完成的系統升級，結果將得到進一步改善。」

具有近乎自主的數據處理功能的CQNET和FQNET與現有的電信基礎設施以及新興的量子處理和存儲設備兼容。研究人員正在使用它們來提高保真度和糾纏分布的速率，重點是複雜的量子通信協議和基礎科學。

這項成就是在美國能源部在芝加哥的一次新聞發布會上公布了其國家量子網際網路的藍圖之後的僅僅幾個月。

「通過這次演示，我們開始為芝加哥地區的大都市量子網絡的構建打下基礎，」 Spentzouris說。費城實驗室與阿貢國家實驗室，加州理工學院，西北大學以及行業合作夥伴合作，設計了名為Illinois Express Quantum Network的芝加哥網絡。

這項研究得到了美國能源部科學辦公室通過量子信息科學促進發現（QuantISED）計劃的支持。

Fermilab研究副總監Joe Lykken說：「這項壯舉證明了跨學科和機構合作的成功，這推動了我們在科學領域取得的成就。」 「我讚揚IN-Q-NET團隊以及我們在學術界和工業界的合作夥伴在量子隱形傳態方面的首創成就。」

參考文獻：Raju Valivarthi，Samantha I. Davis，CristiánPea，Si Xie，Nikolai Lauk，LautaroNarváez，Jason P. Allmaras，Andrew D. Beyer，Yewon Gim，Meraj Hussein，George Iskander等人撰寫的「通向量子網際網路的電信系統」

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