Son derece karmaşık, hackerlara karşı korumalı bilgileri ultra yüksek hızlarda dünya çapında gönderebilen yeni nesil kuantum interneti hayal etmek bir şeydir. Bunun mümkün olduğunu fiziksel olarak göstermek bambaşka bir şey.
Bilim'lı fizikçilerin, Boston bölgesindeki mevcut telekomünikasyon fiberini kullanarak, iki kuantum bellek düğümü arasındaki dünyanın en uzun fiber mesafesini göstererek yaptığı da tam olarak budur. Bunu, mevcut internet gibi klasik bitlerle değil, tamamen güvenli, bireysel ışık parçacıklarıyla kodlanmış bir sinyali taşıyan basit, kapalı bir internet olarak düşünün.
çığır açan çalışmaNature'da yayınlanan bu çalışma, Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi Fizik Bölümü Profesörü Mikhail Lukin tarafından Bilim profesörleriyle işbirliği içinde yönetildi. Marko Lončar Ve Hongkun Parkıhepsi üye olan Bilim Kuantum Girişimi. Doğa araştırmacılarla çalışmalar yürütüldü. Amazon Web Hizmetleri.
Bilim ekibi, Cambridge, Somerville, Watertown ve Boston üzerinden yaklaşık 22 millik bir döngü boyunca konuşlandırılmış, fiber optik bağlantıyla ayrılmış iki kuantum bellek düğümünü dolaştırarak ilk kuantum internetin pratik yapısını oluşturdu. İki düğüm, Bilim'ın Entegre Bilim ve Mühendislik Laboratuvarı'nda bir kat aralıklarla bulunuyordu.
Boston ve Cambridge üzerinden iki düğümlü kuantum ağının yolunu gösteren harita.
Kredi bilgileri: OpenStreetMap aracılığıyla Can Knaut
Klasik bilgisayar belleğine benzeyen kuantum belleği, karmaşık ağ işlemlerine ve bilgi depolama ve geri almaya olanak tanıdığı için kuantum hesaplama geleceğinin önemli bir bileşenidir. Geçmişte başka kuantum ağları oluşturulmuş olsa da Bilim ekibininki, bilgiyi depolayabilen, işleyebilen ve taşıyabilen cihazlar arasındaki en uzun fiber ağdır.
Her düğüm, atomik yapısında silikon boşluk merkezi adı verilen bir kusur bulunan bir elmas şeridinden yapılmış çok küçük bir kuantum bilgisayardır. Elmasın içinde, insan saçı genişliğinin yüzde birinden daha küçük oyulmuş yapılar, silikon boşluk merkezi ile ışık arasındaki etkileşimi güçlendiriyor.
(Klasik hesaplamada bilgi, bir tür karar ağacı oluşturan açık/kapalı gibi bir dizi ayrık ikili sinyal olarak depolanır ve iletilir. Kuantum hesaplama daha akıcıdır, çünkü bilgi açık ve kapalı arasındaki aşamalarda mevcut olabilir ve iki dolanık nokta boyunca değişen parçacık hareketi modelleri olarak depolanır ve aktarılır.)
Silikon-boşluk merkezlerini tek fotonlar için kuantum hafıza cihazları olarak kullanmak, Bilim'da çok yıllık bir araştırma programıdır. Teknoloji, teorik kuantum internetteki büyük bir sorunu çözüyor: geleneksel yollarla artırılamayan sinyal kaybı.
Bir kuantum ağı, standart fiber optik sinyal tekrarlayıcıları kullanamaz çünkü kuantum bilgilerinin ayrı bitler halinde basit bir şekilde kopyalanması imkansızdır; bu, bilgiyi güvenli hale getirir, ancak aynı zamanda uzun mesafelerde taşınması da çok zordur.
Silikon boşluk merkezi tabanlı ağ düğümleri, sinyal kaybını düzeltirken kuantum bilgilerinin bitlerini yakalayabilir, saklayabilir ve dolaştırabilir. Düğümleri mutlak sıfıra yakın bir noktaya kadar soğuttuktan sonra, ışık ilk düğümden gönderilir ve silikon boşluk merkezinin atomik yapısının doğası gereği onunla dolaşık hale gelir, böylece bilgiyi taşıyabilir.
Silikon boşluk merkezleri içeren bir elmas çip.
Lukin'in laboratuvarında Kenneth C. Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi olan baş yazar Can Knaut, “Işık zaten ilk düğümle dolaşmış olduğundan, bu dolanıklığı ikinci düğüme aktarabilir” diye açıkladı. “Biz buna foton aracılı dolaşıklık diyoruz.”
Son birkaç yılda araştırmacılar, deneylerini yürütmek için Boston'daki bir şirketten optik fiber kiraladılar ve benzer ağ hatlarıyla kuantum internet oluşturmanın mümkün olabileceğini belirtmek için gösteri ağlarını mevcut fiberin üzerine yerleştirdiler.
Lukin, “Kuantum ağ düğümlerinin çok yoğun bir kentsel alanın gerçek dünya ortamında dolanabileceğini göstermek, kuantum bilgisayarlar arasında pratik ağ oluşturmaya yönelik önemli bir adımdır” dedi.
İki düğümlü kuantum ağı yalnızca başlangıçtır. Araştırmacılar, düğümler ekleyerek ve daha fazla ağ protokolü deneyerek ağlarının performansını artırmak için özenle çalışıyorlar.
Makalenin başlığı “Telekom Ağında Nanofotonik Kuantum Bellek Düğümlerinin Dolaşması”. Çalışma, AWS Kuantum Ağı Merkezi'nin Bilim Kuantum Girişimi, Ulusal Bilim Vakfı, Ultrasoğuk Atomlar Merkezi (bir NSF Fizik Sınırları Merkezi), Kuantum Ağları Merkezi (bir NSF Mühendislik Araştırma Merkezi) ile yaptığı araştırma ittifakı tarafından desteklendi. Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi ve diğer kaynaklar.
Bilim'lı fizikçilerin, Boston bölgesindeki mevcut telekomünikasyon fiberini kullanarak, iki kuantum bellek düğümü arasındaki dünyanın en uzun fiber mesafesini göstererek yaptığı da tam olarak budur. Bunu, mevcut internet gibi klasik bitlerle değil, tamamen güvenli, bireysel ışık parçacıklarıyla kodlanmış bir sinyali taşıyan basit, kapalı bir internet olarak düşünün.
çığır açan çalışmaNature'da yayınlanan bu çalışma, Joshua ve Beth Friedman Üniversitesi Fizik Bölümü Profesörü Mikhail Lukin tarafından Bilim profesörleriyle işbirliği içinde yönetildi. Marko Lončar Ve Hongkun Parkıhepsi üye olan Bilim Kuantum Girişimi. Doğa araştırmacılarla çalışmalar yürütüldü. Amazon Web Hizmetleri.
Bilim ekibi, Cambridge, Somerville, Watertown ve Boston üzerinden yaklaşık 22 millik bir döngü boyunca konuşlandırılmış, fiber optik bağlantıyla ayrılmış iki kuantum bellek düğümünü dolaştırarak ilk kuantum internetin pratik yapısını oluşturdu. İki düğüm, Bilim'ın Entegre Bilim ve Mühendislik Laboratuvarı'nda bir kat aralıklarla bulunuyordu.
Boston ve Cambridge üzerinden iki düğümlü kuantum ağının yolunu gösteren harita.
Kredi bilgileri: OpenStreetMap aracılığıyla Can Knaut
Klasik bilgisayar belleğine benzeyen kuantum belleği, karmaşık ağ işlemlerine ve bilgi depolama ve geri almaya olanak tanıdığı için kuantum hesaplama geleceğinin önemli bir bileşenidir. Geçmişte başka kuantum ağları oluşturulmuş olsa da Bilim ekibininki, bilgiyi depolayabilen, işleyebilen ve taşıyabilen cihazlar arasındaki en uzun fiber ağdır.
Her düğüm, atomik yapısında silikon boşluk merkezi adı verilen bir kusur bulunan bir elmas şeridinden yapılmış çok küçük bir kuantum bilgisayardır. Elmasın içinde, insan saçı genişliğinin yüzde birinden daha küçük oyulmuş yapılar, silikon boşluk merkezi ile ışık arasındaki etkileşimi güçlendiriyor.
Silikon boşluk merkezi iki kubit veya kuantum bilgisi biti içerir: biri iletişim için kullanılan bir elektron dönüşü formunda, diğeri ise kuantum mekaniği olan dolanıklığı depolamak için bir hafıza kübiti olarak kullanılan daha uzun ömürlü bir nükleer dönüşte. Bilginin herhangi bir mesafede mükemmel şekilde ilişkilendirilmesini sağlayan özellik.
(Klasik hesaplamada bilgi, bir tür karar ağacı oluşturan açık/kapalı gibi bir dizi ayrık ikili sinyal olarak depolanır ve iletilir. Kuantum hesaplama daha akıcıdır, çünkü bilgi açık ve kapalı arasındaki aşamalarda mevcut olabilir ve iki dolanık nokta boyunca değişen parçacık hareketi modelleri olarak depolanır ve aktarılır.)
Silikon-boşluk merkezlerini tek fotonlar için kuantum hafıza cihazları olarak kullanmak, Bilim'da çok yıllık bir araştırma programıdır. Teknoloji, teorik kuantum internetteki büyük bir sorunu çözüyor: geleneksel yollarla artırılamayan sinyal kaybı.
Bir kuantum ağı, standart fiber optik sinyal tekrarlayıcıları kullanamaz çünkü kuantum bilgilerinin ayrı bitler halinde basit bir şekilde kopyalanması imkansızdır; bu, bilgiyi güvenli hale getirir, ancak aynı zamanda uzun mesafelerde taşınması da çok zordur.
Silikon boşluk merkezi tabanlı ağ düğümleri, sinyal kaybını düzeltirken kuantum bilgilerinin bitlerini yakalayabilir, saklayabilir ve dolaştırabilir. Düğümleri mutlak sıfıra yakın bir noktaya kadar soğuttuktan sonra, ışık ilk düğümden gönderilir ve silikon boşluk merkezinin atomik yapısının doğası gereği onunla dolaşık hale gelir, böylece bilgiyi taşıyabilir.
Silikon boşluk merkezleri içeren bir elmas çip.
Lukin'in laboratuvarında Kenneth C. Griffin Sanat ve Bilim Enstitüsü öğrencisi olan baş yazar Can Knaut, “Işık zaten ilk düğümle dolaşmış olduğundan, bu dolanıklığı ikinci düğüme aktarabilir” diye açıkladı. “Biz buna foton aracılı dolaşıklık diyoruz.”
Son birkaç yılda araştırmacılar, deneylerini yürütmek için Boston'daki bir şirketten optik fiber kiraladılar ve benzer ağ hatlarıyla kuantum internet oluşturmanın mümkün olabileceğini belirtmek için gösteri ağlarını mevcut fiberin üzerine yerleştirdiler.
Lukin, “Kuantum ağ düğümlerinin çok yoğun bir kentsel alanın gerçek dünya ortamında dolanabileceğini göstermek, kuantum bilgisayarlar arasında pratik ağ oluşturmaya yönelik önemli bir adımdır” dedi.
İki düğümlü kuantum ağı yalnızca başlangıçtır. Araştırmacılar, düğümler ekleyerek ve daha fazla ağ protokolü deneyerek ağlarının performansını artırmak için özenle çalışıyorlar.
Makalenin başlığı “Telekom Ağında Nanofotonik Kuantum Bellek Düğümlerinin Dolaşması”. Çalışma, AWS Kuantum Ağı Merkezi'nin Bilim Kuantum Girişimi, Ulusal Bilim Vakfı, Ultrasoğuk Atomlar Merkezi (bir NSF Fizik Sınırları Merkezi), Kuantum Ağları Merkezi (bir NSF Mühendislik Araştırma Merkezi) ile yaptığı araştırma ittifakı tarafından desteklendi. Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi ve diğer kaynaklar.