科學(xué)家測試將用于量子自由空間鏈接項(xiàng)目的設(shè)備，該項(xiàng)目將在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和20多公里外的石溪大學(xué)校園之間傳輸糾纏光子（圖片來源：布魯克海文實(shí)驗(yàn)室）

最近，美國能源部布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室宣布完成美國最長量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)，跨越98英里（約合141公里）。該設(shè)施將為全球科學(xué)家提供服務(wù)，旨在推進(jìn)令人興奮的量子通信網(wǎng)絡(luò)新領(lǐng)域的發(fā)展。

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室儀器部門主任Gabriella Carini表示：“基于量子建立一個(gè)全球通信網(wǎng)絡(luò)（量子互聯(lián)網(wǎng)）將成為21世紀(jì)最重要的技術(shù)前沿之一。新設(shè)施將為研究人員提供工具和技術(shù)優(yōu)勢，從而使大規(guī)模量子糾纏分布網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實(shí)?！?/p>

在量子力學(xué)中，即使相隔甚遠(yuǎn)，糾纏的粒子（通常是光子）在物理特性上也能保持關(guān)聯(lián)。因此，當(dāng)在一側(cè)進(jìn)行測量操作時(shí)，另一側(cè)將會(huì)瞬時(shí)發(fā)生改變。利用這些特性，科學(xué)家們可以創(chuàng)建一個(gè)安全的長距離量子信息網(wǎng)絡(luò)。

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，建立這些長距離、按需糾纏的量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施將對(duì)科學(xué)界產(chǎn)生巨大影響。它們將推進(jìn)一系列全新的應(yīng)用落地，例如增強(qiáng)光學(xué)干涉測量、糾纏傳感器的大型視距陣列、原子鐘的量子網(wǎng)絡(luò)和分布式量子計(jì)算等。

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該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員（圖片來源：布魯克海文實(shí)驗(yàn)室）

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室提到，量子網(wǎng)絡(luò)尚處于起步階段。在發(fā)揮大型量子通信系統(tǒng)的全部潛力之前，仍然存在許多挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，布魯克海文實(shí)驗(yàn)室量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施面向全球用戶社區(qū)開放。

在共同推動(dòng)科學(xué)研究工作的同時(shí)，布魯克海文實(shí)驗(yàn)室將不斷研究拓展基礎(chǔ)量子設(shè)備，包括糾纏特性的產(chǎn)生和檢測，以及便攜式量子存儲(chǔ)器表征等，其中重點(diǎn)是通過室溫操作實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室儀器部門量子系統(tǒng)組科學(xué)家Julian Martinez-Rincon指出：“新量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施建設(shè)的關(guān)鍵之一，是它能將這些量子硬件構(gòu)建模板與當(dāng)前城際光纖集成，并支持在將它們與當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)集成后表征性能。我們的下一步目標(biāo)是進(jìn)行長距離糾纏實(shí)驗(yàn)，在實(shí)現(xiàn)分布式量子傳感和計(jì)算等新的科學(xué)應(yīng)用的同時(shí)，開發(fā)出算法和協(xié)議以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制區(qū)域量子互聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)臺(tái)。”

布魯克海文實(shí)驗(yàn)室表示，從長期來看，該量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)施致力于成為量子中繼器輔助的糾纏分布網(wǎng)絡(luò)的首批實(shí)例之一。該設(shè)施的光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施正在擴(kuò)展中，未來將開辟在長島和紐約市市區(qū)內(nèi)的更多節(jié)點(diǎn)。

與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)正在創(chuàng)建“自由空間光鏈路”，它將在露天環(huán)境中于布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和石溪大學(xué)之間提供一個(gè)站點(diǎn)到站點(diǎn)的直線糾纏分發(fā)通道，并獨(dú)立于地下基礎(chǔ)設(shè)施。截止目前，他們已開發(fā)出了一個(gè)較小規(guī)模的光學(xué)系統(tǒng)并展示了自由空間和往返連接的高效性。

Carini講道：“量子網(wǎng)絡(luò)提供了一種更加精確、快速且安全的通信形式，它將影響我們?nèi)粘Ｉ畹膸讉€(gè)關(guān)鍵行業(yè)和應(yīng)用。布魯克海文實(shí)驗(yàn)室和我們?cè)谑髮W(xué)的合作伙伴們很榮幸能站在這場技術(shù)革命的最前沿?！?/p>

原文鏈接：
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=119602

文：Peter Genzer編譯：李每編輯：慕一
注：本文編譯自“布魯克海文實(shí)驗(yàn)室”，不代表量子前哨觀點(diǎn)。