Ny kvanteslynge giver testbed til kvantekommunikationsteknologi

Forskere fra Argonne National Laboratory og University of Chicago lancerede i sidste uge et nyt testbed til kvantekommunikationsforsøg fra Argonne.

Kvanteløkken består af et par tilsluttede 26-mile fiberoptiske kabler, der snor sig kredsende mellem Argonne til Illinois Tollway nær forstaden Bolingbrook og tilbage. I alt 52 kilometer, det er blandt de længste jordbaserede kvantekommunikationskanaler i landet.

Sløjfen vil tjene som en testbed for forskere, der er interesseret i at udnytte principperne for kvantefysik til at sende uhackelig information på tværs af lange afstande. Forskere ved Argonne og UChicago planlægger at bruge testbedet til at udforske videnskab, der ligger til grund for kvantetekniske systemer og udnytte egenskaberne ved kvanteindvikling - et fænomen, Albert Einstein berømt karakteriserede som "uhyggelig handling på afstand". Quantum entanglement forbinder to (eller flere) partikler, så de er i en delt tilstand - sådan at hvad der sker med den ene, påvirker den anden umiddelbart, uanset hvor langt de har rejst fra hinanden.

"Indvielsen af ​​denne kvanteslynge er et vigtigt skridt for Chicago og nationen i opbygningen af ​​et storstilet kvantenetværk, der kan muliggøre sikre dataoverførsler over lange afstande, "sagde hovedforsker David Awschalom, seniorforsker i Materials Science Division i Argonne, Liew -familieprofessoren i molekylær teknik ved University of Chicago og direktør for Chicago Quantum Exchange. "Sløjfen vil gøre os i stand til at identificere og løse udfordringer i driften af ​​et kvantenetværk og kan skaleres til at teste og demonstrere kommunikation på tværs af endnu større afstande for at hjælpe med at lægge grundlaget for et kvanteinternet."

Argonne -forskere Joe Heremans, Alan Dibos og Gary Wolfowicz, der arbejdede på quantum loop -projektet, demonstrerede testbedets funktion ved at generere og transmittere optiske impulser gennem en og derefter begge fibersløjfer. De var vidne til en forsinkelse på 200 mikrosekunder for laserpulsens transittid langs en fibersløjfe, hvilket er i overensstemmelse med lysets hastighed i glasfiberen.

De begyndte også at bruge sløjfen til en række eksperimenter, herunder transmission af signaler fra fotoner udsendt fra ionerensembler. Disse ioner kan bruges som en kvantehukommelse for netværket. En funktionel kvantehukommelse, hvilket indebærer lagring og genfinding af kvantetilstande, er et vigtigt teknologisk fremskridt, der er nødvendigt for kvantekommunikation og et kvanteinternet.

"Vi får brug for mange af disse kvantehukommelser fordelt over cirka 100 kilometer for at videresende kvantesignalet gennem et netværk. Kvanteløkken gør det muligt for os at teste og forfine denne kvantehukommelsesteknologi, inden vi anvender det i stor skala, "sagde Tian Zhong, forsker i Nanoscience and Technology Division i Argonne og adjunkt i molekylær teknik ved University of Chicago.

"Forskning, der fører til videnskabelig infrastruktur som f.eks. Kvanteslyngen, vil sikre, at Amerika forbliver verdensførende i denne afgørende rolle, felt i hurtig udvikling, som åbner vigtige nye undersøgelsesveje på områder som kvante dataoverførsel og sikker kommunikation, "sagde ministeriet for energi under videnskabssekretær Paul Dabbar." Vi ser frem til fortsat øget støtte og præstation for dette og andre områder inden for kvanteinformationsvidenskab. "

"Denne kvanteslynge er en betydelig kapacitet for de videnskabelige samfund inden for kvantefysik, kommunikation og computing, "sagde Paul Kearns, Argonne National Laboratory direktør. "Disse eksperimenter viser, hvordan Argonnes verdensledende forskere og ingeniører hjælper med at sikre amerikansk lederskab inden for vigtig kvanteinformationsvidenskab."

Ud over kvanteløkken, Argonne planlægger at udvikle et tovejs kvantelinknetværk med Fermi National Accelerator Laboratory. Når de to projekter er forbundet, kvanteleddet, også støttet af Energiministeriet, forventes at være blandt de længste links i verden til at sende sikker information ved hjælp af kvantefysik.