來自美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)和普渡大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)并展示了一種新穎的、功能齊全的量子局域網(wǎng)(QLAN)，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整與 ORNL 的地理隔離系統(tǒng)共享的信息。糾纏光子穿過光纖。
該網(wǎng)絡(luò)舉例說明了專家如何以實(shí)際規(guī)模例行連接量子計(jì)算機(jī)和傳感器，從而在邁向備受期待的量子互聯(lián)網(wǎng)的道路上實(shí)現(xiàn)這些下一代技術(shù)的全部潛力。該團(tuán)隊(duì)的結(jié)果發(fā)表在PRX Quantum 上，標(biāo)志著多年相關(guān)研究的高潮。
連接經(jīng)典計(jì)算設(shè)備的局域網(wǎng)并不是什么新鮮事，QLAN 已在桌面研究中成功測試。迄今為止，量子密鑰分發(fā)一直是該領(lǐng)域量子通信最常見的例子，但這個(gè)過程是有限的，因?yàn)樗辉谡军c(diǎn)之間建立安全，而不是糾纏。
ORNL 量子信息科學(xué)部門負(fù)責(zé)人尼古拉斯·彼得斯 (Nicholas Peters) 表示：“我們正試圖通過了解糾纏分布帶寬等關(guān)鍵功能來構(gòu)建量子互聯(lián)網(wǎng)。”“我們的目標(biāo)是開發(fā)演示量子網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需的基本工具和構(gòu)建模塊，以便它們可以部署在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中以實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢。”
當(dāng)兩個(gè)光子——光粒子——配對(duì)或糾纏在一起時(shí)，無論它們之間的物理距離如何，它們都表現(xiàn)出比任何經(jīng)典方法都強(qiáng)的量子相關(guān)性。這些交互啟用了只能使用量子資源才能實(shí)現(xiàn)的違反直覺的量子通信協(xié)議。
一種這樣的協(xié)議，遠(yuǎn)程狀態(tài)準(zhǔn)備，利用糾纏和經(jīng)典通信通過測量糾纏光子對(duì)的一半并將另一半有效地轉(zhuǎn)換為首選量子態(tài)來編碼信息。彼得斯于 2005 年在獲得物理學(xué)博士學(xué)位的同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)了遠(yuǎn)程狀態(tài)準(zhǔn)備的第一個(gè)一般實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。該團(tuán)隊(duì)在 QLAN 中的所有配對(duì)鏈路上應(yīng)用了這種技術(shù)——這是以前在網(wǎng)絡(luò)上沒有完成的壯舉——并展示了基于糾纏的量子通信的可擴(kuò)展性。
這種方法允許團(tuán)隊(duì)將三個(gè)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)連接在一起，稱為“愛麗絲”、“鮑勃”和“查理”——這些名字通常用于可以通過量子傳輸進(jìn)行通信的虛構(gòu)人物——位于三個(gè)不同的研究實(shí)驗(yàn)室，位于三個(gè)不同的建筑中。 ORNL的校園。從包含 Alice 和光子源的實(shí)驗(yàn)室，光子通過 ORNL 現(xiàn)有的光纖基礎(chǔ)設(shè)施將糾纏分布到 Bob 和 Charlie。
量子網(wǎng)絡(luò)與放大器和其他經(jīng)典信號(hào)增強(qiáng)資源不兼容，這會(huì)干擾糾纏光子共享的量子相關(guān)性。考慮到這個(gè)潛在的缺點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)采用了靈活的網(wǎng)格帶寬配置，它使用波長選擇開關(guān)來為網(wǎng)絡(luò)用戶分配和重新分配量子資源，而無需斷開 QLAN。這種技術(shù)提供了一種內(nèi)置的容錯(cuò)能力，通過這種技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以通過將流量重新路由到其他區(qū)域來響應(yīng)意外事件，例如光纖斷裂，而不會(huì)中斷網(wǎng)絡(luò)速度或損害安全協(xié)議。
“由于網(wǎng)絡(luò)中的需求可能會(huì)隨著時(shí)間的推移或不同的配置而發(fā)生變化，因此您不希望擁有一個(gè)始終為特定用戶分配相同部分的固定波長信道系統(tǒng)，”Wigner 研究員兼研究科學(xué)家 Joseph Lukens 說。 ORNL 以及該團(tuán)隊(duì)的電氣工程專家。“相反，您希望能夠根據(jù)用戶的需要靈活地為網(wǎng)絡(luò)上的用戶提供更多或更少的帶寬。”
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