9 C
Брюссель
Четверг, Февраль 29, 2024
НовостиИсследователи создают первую квантовую сеть на основе запутанности

Исследователи создают первую квантовую сеть на основе запутанности

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Информация и мнения, воспроизведенные в статьях, принадлежат тем, кто их излагает, и они несут ответственность за это. Публикация в The European Times автоматически означает не одобрение точки зрения, а право на ее выражение.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ПЕРЕВОД: Все статьи на этом сайте опубликованы на английском языке. Переведенные версии выполняются с помощью автоматизированного процесса, известного как нейронные переводы. Если сомневаетесь, всегда обращайтесь к оригинальной статье. Спасибо за понимание.

Researchers Establish the First Entanglement-Based Quantum Network

Представление художника о трехузловой квантовой сети. Кредит: Маттео Помпили для QuTech

Группа исследователей из QuTech в Нидерландах сообщает о реализации первой многоузловой квантовой сети, соединяющей три квантовых процессора. Кроме того, они добились подтверждения принципа работы ключевых протоколов квантовой сети. Их результаты знаменуют собой важную веху на пути к будущему квантового интернета и теперь опубликованы в Наука.

Квантовый интернет

Сила Интернета заключается в том, что он позволяет любым двум компьютерам на Земле соединяться друг с другом, открывая доступ к приложениям, о которых не могли и мечтать во времена его создания десятилетия назад. Сегодня исследователи во многих лабораториях по всему миру работают над первыми версиями квантового интернета — сети, которая может соединять любые два квантовых устройства, таких как квантовые компьютеры или датчики, на больших расстояниях. В то время как сегодняшний Интернет распределяет информацию в битах (которые могут быть либо 0, либо 1), будущий квантовый интернет будет использовать квантовые биты, которые могут быть 0 и 1 одновременно. «Квантовый интернет откроет целый ряд новых приложений, от защищенной связи и облачных вычислений с полной конфиденциальностью пользователей до высокоточного учета времени», — говорит Маттео Помпили, аспирант и член исследовательской группы. «И, как и в случае с Интернетом 40 лет назад, вероятно, есть много приложений, которые мы не можем предвидеть прямо сейчас».

Работа на квантовом узле

Исследователи работают над одним из узлов квантовой сети, где зеркала и фильтры направляют лазерные лучи на алмазный чип. Предоставлено: Марике де Лорейн для QuTech.

На пути к повсеместному подключению

Первые шаги к квантовому интернету были предприняты в последнее десятилетие путем соединения двух квантовых устройств, которые имели прямую физическую связь. Однако возможность передавать квантовую информацию через промежуточные узлы (по аналогии с маршрутизаторами в классическом Интернете) необходима для создания масштабируемой квантовой сети. Кроме того, многие многообещающие квантовые интернет-приложения полагаются на запутанные квантовые биты, которые распределяются между несколькими узлами. Запутанность — это явление, наблюдаемое в квантовом масштабе, фундаментально связывающее частицы на малых и даже на больших расстояниях. Он обеспечивает квантовым компьютерам их огромную вычислительную мощность и является фундаментальным ресурсом для обмена квантовой информацией через будущий квантовый Интернет. Реализовав свою квантовую сеть в лаборатории, группа исследователей из QuTech — сотрудничества между Делфтским технологическим университетом и TNO — первой соединила два квантовых процессора через промежуточный узел и установила общую запутанность между несколькими автономными квантовые процессоры.

Анимация, объясняющая первую в мире рудиментарную квантовую сеть. Кредит: Slimplot для QuTech

Управление квантовой сетью

Элементарная квантовая сеть состоит из трех квантовых узлов, расположенных на некотором расстоянии в одном здании. Чтобы заставить эти узлы работать как настоящую сеть, исследователям пришлось изобрести новую архитектуру, позволяющую масштабироваться за пределы одной ссылки. Средний узел (называемый Бобом) имеет физическое соединение с обоими внешними узлами (называемые Алисой и Чарли), что позволяет установить запутанные связи с каждым из этих узлов. Боб оснащен дополнительным квантовым битом, который можно использовать в качестве памяти, позволяя сохранять ранее сгенерированную квантовую ссылку, пока устанавливается новая ссылка. После установления квантовых связей Алиса-Боб и Боб-Чарли набор квантовых операций у Боба преобразует эти связи в квантовую связь Алиса-Чарли. В качестве альтернативы, выполняя другой набор квантовых операций на Бобе, устанавливается запутанность между всеми тремя узлами.

Маттео Помпили и Софи Херманс

Соавторы Маттео Помпили (слева) и Софи Херманс (справа), аспиранты в группе Рональда Хэнсона, на одном из узлов квантовой сети. Предоставлено: Марике де Лорейн для QuTech.

Готов к последующему использованию

Важной особенностью сети является то, что она объявляет об успешном завершении этих (внутренне вероятностных) протоколов сигналом «флаг». Такое объявление имеет решающее значение для масштабируемости, поскольку в будущем квантовом Интернете многие из таких протоколов необходимо будет объединить. «После установки мы смогли сохранить получившиеся запутанные состояния, защитив их от шума», — говорит Софи Херманс, еще один член команды. «Это означает, что, в принципе, мы можем использовать эти состояния для квантового распределения ключей, квантовых вычислений или любого другого последующего квантового протокола».

Квантовый интернет-демонстратор

Эта первая квантовая сеть на основе запутанности предоставляет исследователям уникальную испытательную площадку для разработки и тестирования оборудования, программного обеспечения и протоколов квантового интернета. «Квантовый интернет будущего будет состоять из бесчисленных квантовых устройств и промежуточных узлов», — говорит Рональд Хэнсон, возглавлявший исследовательскую группу. «Коллеги из QuTech уже изучают будущую совместимость с существующими инфраструктурами данных». В свое время нынешний подход, основанный на доказательстве принципа, будет протестирован за пределами лаборатории на существующем телекоммуникационном волокне — на демонстраторе QuTech Quantum Internet Demonstrator, первый городской канал которого планируется завершить в 2022 году.

Слои более высокого уровня

В лаборатории исследователи сосредоточатся на добавлении большего количества квантовых битов в свою сеть из трех узлов, а также на добавлении программных и аппаратных уровней более высокого уровня. Помпили: «После того, как все уровни управления и интерфейса высокого уровня для работы сети будут разработаны, любой сможет написать и запустить сетевое приложение без необходимости понимать, как работают лазеры и криостаты. Это конечная цель».

Ссылка: «Реализация многоузловой квантовой сети удаленных твердотельных кубитов» М. Помпили, С.Л.Н. Херманс, С.Байер, Х.К.С. Бьюкерс, П.С. , Дирксе, С. Венер и Р. Хэнсон, 16 апреля 2021 г., Наука.
DOI: 10.1126 / science.abg1919

- Реклама -

Еще от автора

- ЭКСКЛЮЗИВНЫЙ СОДЕРЖАНИЕ -Spot_img
- Реклама -
- Реклама -
- Реклама -Spot_img
- Реклама -

Должен прочитать

Последние статьи

- Реклама -