來自美國能源部橡樹嶺國家實驗室、斯坦福大學和普渡大學的一個團隊開發(fā)并展示了一種新穎的、功能齊全的量子局域網(QLAN)，能夠實時調整與 ORNL 的地理隔離系統(tǒng)共享的信息。糾纏光子穿過光纖。
該網絡舉例說明了專家如何以實際規(guī)模例行連接量子計算機和傳感器，從而在邁向備受期待的量子互聯(lián)網的道路上實現(xiàn)這些下一代技術的全部潛力。該團隊的結果發(fā)表在PRX Quantum 上，標志著多年相關研究的高潮。
連接經典計算設備的局域網并不是什么新鮮事，QLAN 已在桌面研究中成功測試。迄今為止，量子密鑰分發(fā)一直是該領域量子通信最常見的例子，但這個過程是有限的，因為它只在站點之間建立安全，而不是糾纏。
ORNL 量子信息科學部門負責人尼古拉斯·彼得斯 (Nicholas Peters) 表示：“我們正試圖通過了解糾纏分布帶寬等關鍵功能來構建量子互聯(lián)網。”“我們的目標是開發(fā)演示量子網絡應用所需的基本工具和構建模塊，以便它們可以部署在真實網絡中以實現(xiàn)量子優(yōu)勢。”
當兩個光子——光粒子——配對或糾纏在一起時，無論它們之間的物理距離如何，它們都表現(xiàn)出比任何經典方法都強的量子相關性。這些交互啟用了只能使用量子資源才能實現(xiàn)的違反直覺的量子通信協(xié)議。
一種這樣的協(xié)議，遠程狀態(tài)準備，利用糾纏和經典通信通過測量糾纏光子對的一半并將另一半有效地轉換為首選量子態(tài)來編碼信息。彼得斯于 2005 年在獲得物理學博士學位的同時領導了遠程狀態(tài)準備的第一個一般實驗實現(xiàn)。該團隊在 QLAN 中的所有配對鏈路上應用了這種技術——這是以前在網絡上沒有完成的壯舉——并展示了基于糾纏的量子通信的可擴展性。
這種方法允許團隊將三個遠程節(jié)點連接在一起，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行通信的虛構人物——位于三個不同的研究實驗室，位于三個不同的建筑中。 ORNL的校園。從包含 Alice 和光子源的實驗室，光子通過 ORNL 現(xiàn)有的光纖基礎設施將糾纏分布到 Bob 和 Charlie。
量子網絡與放大器和其他經典信號增強資源不兼容，這會干擾糾纏光子共享的量子相關性?？紤]到這個潛在的缺點，該團隊采用了靈活的網格帶寬配置，它使用波長選擇開關來為網絡用戶分配和重新分配量子資源，而無需斷開 QLAN。這種技術提供了一種內置的容錯能力，通過這種技術，網絡運營商可以通過將流量重新路由到其他區(qū)域來響應意外事件，例如光纖斷裂，而不會中斷網絡速度或損害安全協(xié)議。
“由于網絡中的需求可能會隨著時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 研究員兼研究科學家 Joseph Lukens 說。 ORNL 以及該團隊的電氣工程專家。“相反，您希望能夠根據(jù)用戶的需要靈活地為網絡上的用戶提供更多或更少的帶寬。”
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