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美国量子互联网蓝图:优先研讨四个标的目的 十年五步走

  多家美国媒体克日报导称,美国动力部(DOE)提出树立天下性量子互联网的计谋蓝图,但愿在10年内实现。该量子互联网应用量子力学定律,能比现有收集更平安地传输信息,“简直没法被黑”。

  据磅礴旧事此前报导,本年2月份,美国白宫网站就公布了一份《美国量子收集计谋设想》,提出美国将开拓量子互联网,确保量子信息迷信惠及群众。

  现实上,美国并不是首个提出“量子互联网”蓝图的国度。早在2017年,多少欧洲研讨机构就建立了“量子互联网同盟”(QIA),方案最近几年在荷兰实现包括3-4个量子中继节点的链路演示,为将来的泛欧量子互联网勾画蓝图。

  业内专家透露表现,量子互联网能够了解为量子通讯技能支持的一种发生和运用量子资本的新型功用收集。它不是对现有互联网的替换,而是为互联网加之新功用的新型根底设备。“简直没法被黑”的量子暗码收集只是量子互联网的此中一局部功用,其最终阶段将是用量子隐形传态或量子胶葛交流技能作为链接,将用户、量子较量争论机、量子传感器等节点连为一体,发生、传输、运用量子资本。

  正因如斯,量子互联网对人类在原子标准上准确把持物资的才能提出了极高请求,良多关头技能瓶颈还没有打破。

  那末,这次美国发布的计谋蓝图计划若何处理这些成绩?

  磅礴旧事记者理解到,这次计谋蓝图为美国动力部进步前辈迷信较量争论研讨办公室2月份初召开的一次研究会的效果陈述,到场方包含美国动力手下属国度尝试室、高校、财产界和相干当局部分。他们为创立首个天下性量子互联网计划路线图,“列出必需的研讨大纲,细化工程和计划妨碍,并倡议从今朝范围性之处收集尝试走向可行、平安的量子互联网。”

  陈述的中心信息包含两大局部:四大优先研讨标的目的和五大施行节点。

  四大优先研讨标的目的

  优先标的目的一:为量子互联网供给根底性积木

  关头成绩:量子互联网的关头积木是甚么,以及它们需满意怎么样的施展阐发目标?

  这外面详细触及到开辟关头部件的技能战争台,包含量子限定探测器、超低消耗互连、空对地衔接、典范收集和收集平安和谈;

  发生胶葛和超胶葛态的发生,传输、把持和丈量量子态;

  将量子源和旌旗灯号从光学和电信波段转移到量子较量争论机相干波段,包含微波;

  开辟与基于光学或电信波长光子的量子比特兼容的量子存储器和小范围量子较量争论机;

  应用量子中继器完成远间隔胶葛散发(空中和天基),探究小范围和大范围量子处置器之间长间隔胶葛的新算法和使用。

  优先标的目的二:整合多个量子收集设置装备摆设

  关头成绩:若何克制将多个量子收集设置装备摆设整分解高功能量子互联网部件的物理妨碍?

  这里触及的技能包含用经过零碎级工程一致现有组件的任务特征(带宽、波长、占空比);

  用高速度(GHz)量子胶葛源、量子存储缓冲器、探测器抵偿级联操纵消耗;

  进一步开辟关头量子收集组件,如高度、低消耗量子开关和多路复用技能。

  优先标的目的三:为量子胶葛创立中继、开关和道路

  关头成绩:若何创立为天下性量子互联网效劳的根底收集?

  中心技能是应用基于量子胶葛交流道理的量子中继器,逾越一对牢固目标地之间的复杂胶葛散发。

  优先标的目的四:完成量子收集功用的纠错

  关头成绩:若何完成能容错的收集功用?

  处理计划在于找撑持胶葛散发和隐形传态的高保真收集设置装备摆设,以及能够弥补消耗、允许操纵纠错的量子中继器计划。

  五小节点

  节点一:现有光纤收集上考证平安量子和谈

  这一步仅触及到量子密钥散发,是量子收集的雏形演示。据磅礴旧事此前报导,从属于美国动力部的橡树岭和洛斯阿拉莫斯两大国度尝试室6月颁布发表经过在都会变电站中安顿可托节点,完成电网中三个量子密钥散发(QKD)零碎的中继。这能够视作节点一的开端实现案例。

  节点二:校园或都会间胶葛散发(量子胶葛散发收集)

  这一步比拟起节点一,动摇、消耗和过错容耐度更低,典范收集和量子收集完成开端整合。大芝加哥地域正在建立的伊利诺伊快线量子收集便是一个例子,站点包含东南大学、费米尝试室和阿贡尝试室。

  节点三:使用胶葛交流完成城际量子通讯(量子存储收集)

  这一步需求用到低级的量子存储器和量子中继器。纽约长岛地域的石溪大学和布鲁克海文尝试室方案将量子收集延长到曼哈顿地域,建成后将是天下上第一个量子中继收集。

  节点四:使用量子中继器完成州际量子胶葛散发

  到这一步,典范收集和量子收集技能将互相交融。量子互联网并不是自力存在。量子信息被编码在光子中,经过典范光纤传输。不外,因为量子信息不克不及像传统数字信息同样缩小,短时间内卫星能够作为中介“桥梁”,临时来看则需求高效、强健的量子中继器。估计高出大东洋的链路需求100余其中继器。

  节点五:树立尝试室、学术界和财产界之间的多方生态零碎,从演示向运转过渡。

  要点包含:运用全世界收集公司的可用设备;

  应用ESnet的光学同步技能和收集设置装备摆设更高通讯级此外庞大量子收集;

  订定低本钱从贸易协作同伴处购置(或租赁)光纤根底设备的计划;

  与光纤供给商协作敲定光纤品质、舆图、拓扑构造和消耗;

  探究空间优化以设立光纤交流点的可行性;

  在业余草创公司的帮忙下开展一批撑持新型量子收集的“量子智能”休息力;

  与业余研讨中间和其余就协作,树立可复制、可安排的量子通讯硬件技能规范;

  与美国空军研讨尝试室或美国航天局同期研发的空间光学和卫星收集停止和谐;

  推进大型通讯公司采纳第一代量子通讯设置装备摆设。

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