科学制造简单:什么是量子网络?

量子互联网蓝图研讨会

来自政府,国家实验室,大学和工业的利益攸关方在Doe的Quantum Internet蓝图研讨会上举起来确定研究目标和里程碑,以加快我们国家的量子互联网的发展。信誉:图片提供能源科学厅

今天的互联网全球连接我们。它发送了在经典信号中携带我们的通信的信息包 - 通过光纤通过光纤,通过铜线或微波通过微波发送来进行无线连接。它快速可靠。那么为什么开发一种使用单光子的量子互联网 - 最小可能的光 - 携带信息?

因为有新的科学域名探索。量子物理治理了非常小的域名。它使我们能够理解 - 并用于我们的优势 - 没有经典对应的唯一量子现象。我们可以使用量子物理的原理来设计传感器,这些传感器制作更精确的测量,模拟更复杂的物理过程的计算机,以及安全地互连这些设备的通信网络,并为科学发现创造新的机会。

量子网络使用光子的量子属性来编码信息。例如,在一个方向上偏离的光子(例如,沿允许它们通过偏振太阳镜的方向)与该值相关联;一个,光子沿相反方向偏振(使它们不会穿过太阳镜)与值零相关联。研究人员正在开发量子通信协议以形成这些关联,允许通过量子网络将光子的量子状态从发件人携带到接收器。

量子网络使用唯一的量子现象,如古典网络无法使用的叠加,无克隆和纠缠。在测量光子之前,它存在于所有可能的量子状态的叠加中,每个状态具有相应的概率。测量在这些状态中选择一个。实际上,不能测量光子的量子状态而不会导致背诵尝试的干扰。还没有复制任意,未知量子状​​态 - 不允许克隆。正确设计和操作的量子网络从此行为中导出了固有的安全性。

但如果不能复制光子,则如何放大通信以达到遥远的接受者?这是纠缠的量子现象进入图片的位置。无论其距离相比,每个缠结的光子的量子状态与缠结的伙伴的量子状态相关。正在开发量子网络中继器,其使用纠缠以扩展量子网络的范围。

新兴量子互联网将使今天的古典互联网过时吗?一点也不。量子网络的优势与古典网络的强度互补。我们将通过在Internet中纳入古典和量子网络的长期获得最大的好处,其中包含任何技术都有可能的能力。

DOE科学办公室:对量子网络的贡献

DOE科学办公室提供科学发现和主要的科学工具,将改变我们对自然的理解和推进美国的能源,经济和国家安全。当Doe量子互联网蓝图车间,参与者作为优先考虑的参与者旨在加快量子互联网的构建块的发展,包括使用纠缠的量子网络中继器。其他研究优先事项寻求集成这些构建块以创建可靠的多跳网络,该网络控制飞行Qubits路由并纠正错误。

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