布魯克海文國家實驗室推出新的量子網(wǎng)絡設施

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)絡設施，該設施將為來自全國和世界各地的科學家提供服務，致力于推進令人興奮的量子通信網(wǎng)絡新領域發(fā)展。

科學家們測試將用于量子自由空間鏈接項目的設備，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——量子互聯(lián)網(wǎng)——有可能成為21世紀最重要的技術前沿之一，”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)絡所需的工具和能力。”

在量子力學中，糾纏粒子（通常是光子）的物理特性保持關聯(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。新設施已經(jīng)擁有美國最先進的區(qū)域量子網(wǎng)絡之一，布魯克海文實驗室和石溪大學的一個團隊最近完成了全國最長的量子網(wǎng)絡，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界產(chǎn)生巨大影響。它們將使一系列全新的應用成為可能，例如增強的光學干涉測量、糾纏傳感器的大型視距陣列、原子鐘的量子網(wǎng)絡和分布式量子計算。該設施配備了構(gòu)建這些長距離糾纏分布網(wǎng)絡所必需的最先進的量子網(wǎng)絡設備。

量子網(wǎng)絡僅處于起步階段。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)絡設施旨在應對所有這些挑戰(zhàn)以及更多挑戰(zhàn)。作為一個實驗設施，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量子設備的開發(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。

“該設施的一個關鍵方面是，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應用，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)絡的首批實例之一，該網(wǎng)絡將能夠在其所有量子節(jié)點處預示和維持糾纏。該設施的光纖網(wǎng)絡基礎設施目前正在擴展，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，獨立于地下基礎設施，在布魯克海文實驗室和石溪大學之間提供一個直接的、站點到站點的糾纏分發(fā)通道。屋頂建設工作正在進行中，光學系統(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€關鍵行業(yè)和應用程序，”Carini表示，“布魯克海文實驗室和我們在石溪大學的合作伙伴很高興能夠站在這場技術革命的最前沿。”

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

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