|
Шаг на пути к функционированию квантового Интернета
|
|
|
|
Исследования в области квантовых вычислений и квантовых сетей проводятся по всему миру в надежде на развитие квантового Интернета в будущем. Квантовый Интернет будет представлять собой сеть квантовых компьютеров, датчиков и коммуникационных устройств, которые будут создавать, обрабатывать и передавать квантовые состояния и запутанность и, как ожидается, улучшат интернет-систему общества и будут предоставлять определенные услуги и гарантии, которых нет в нынешнем Интернете. Команда физиков из Университета Стоуни-Брук и их сотрудники сделали значительный шаг на пути к созданию испытательного стенда для квантового Интернета, продемонстрировав фундаментальные измерения квантовой сети, в которых используются квантовые воспоминания при комнатной температуре. Их результаты описаны в статье, опубликованной в журнале npj Quantum Information.
|
|
|
|
Область квантовой информации по существу объединяет аспекты физики, математики и классических вычислений, чтобы использовать квантовую механику для решения сложных проблем гораздо быстрее, чем классические вычисления, и для передачи информации неуязвимым способом. Хотя идея квантовой интернет-системы растет, и в этой области наблюдается всплеск интереса со стороны исследователей и общественности в целом, сопровождающийся резким увеличением инвестированного капитала, реальный прототип квантового интернета так и не был создан. По мнению исследовательской группы Стоуни-Брук, ключевым препятствием на пути к достижению потенциала повышения безопасности сетей связи, точности измерительных систем и более мощных алгоритмов для некоторых научных анализов является разработка систем, способных передавать квантовую информацию и запутывать множество узлов. и на большие расстояния. Эти системы называются квантовыми повторителями и представляют собой одну из наиболее сложных задач в современных физических исследованиях.
|
|
|
В своих последних экспериментах исследователи расширили возможности квантовых повторителей. Они создали и охарактеризовали квантовую память, которая работает при комнатной температуре, и продемонстрировали, что эта память имеет одинаковую производительность, что является важной особенностью, когда целью является создание крупномасштабных сетей квантовых повторителей, которые будут включать несколько таких воспоминаний. Они проверили, насколько эти воспоминания идентичны по своей функциональности, отправив идентичные квантовые состояния в каждую из воспоминаний и выполнив процесс, называемый интерференцией Хонг-Оу-Манделя, на выходных данных воспоминаний — стандартный тест для количественной оценки неразличимости свойств фотонов.
|
|
|
|
Они продемонстрировали, что процесс хранения и извлечения оптических кубитов в их квантовой памяти при комнатной температуре существенно не искажает процесс совместной интерференции и допускает обмен запутанностью с помощью памяти, протокол для распределения запутанности на большие расстояния и ключ к созданию оперативной квантовой памяти. ретрансляторы. «Мы считаем, что это выдающийся шаг на пути к развитию жизнеспособных квантовых повторителей и квантового Интернета», — говорит ведущий автор Иден Фигероа, доктор философии, профессор Президентского фонда инноваций в Стоуни-Брук и директор Центра распределенной квантовой обработки, который совместное назначение в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США.
|
|
|
|
Кроме того, квантовое оборудование, разработанное командой, работает при комнатной температуре, что значительно снижает стоимость эксплуатации и делает систему намного быстрее. Большая часть квантовых исследований проводится не при комнатной температуре, а при температурах, близких к абсолютному нулю, которые являются более дорогими, медленными и технически более сложными для организации сети. Таким образом, технология комнатной температуры является перспективной для построения крупномасштабных квантовых сетей. Команда не только добилась результатов в области квантовой памяти и связи при комнатной температуре, но и запатентовала свой подход. Они получили патенты США на квантовое хранение при комнатной температуре и квантовые повторители с высокой частотой повторения.
|
|
|
|
«Заставить эти флоты квантовой памяти работать вместе на квантовом уровне и в состоянии комнатной температуры — это то, что важно для любого квантового Интернета в любом масштабе. Насколько нам известно, этот подвиг ранее не был продемонстрирован, и мы рассчитываем опираться на это исследование», — подчеркивает Фигероа, отмечая, что их запатентованная технология позволяет им и дальше тестировать квантовую сеть. Соавторы Сонали Гера, постдокторант, и Чейз Уоллес, докторант кафедры физики и астрономии, тесно сотрудничали с Фигероа вместе с другими коллегами во время экспериментов, которые в каком-то смысле были направлены на эффективное «усиление «запутывание на расстоянии — основная функция квантового повторителя.
|
|
|
|
«Поскольку память способна хранить фотоны с определяемым пользователем временем хранения, мы также смогли продемонстрировать временную синхронизацию извлечения фотонов, несмотря на то, что фотоны прибывали в память в случайные моменты времени, что является еще одной функцией, необходимой для работы квантового устройства. система репитера», — объясняет Гера. Она и Уоллес добавляют, что одними из следующих шагов в исследованиях команды являются создание и характеристика источников запутанности, совместимых с квантовой памятью, а также разработка механизмов, которые «возвещают» о наличии сохраненных фотонов во многих квантовых воспоминаниях.
|
|
|
|
Источник
|
