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牢不可破的朝一个量子互联网

网赌信誉网站展示了缺失的一环了量子互联网

image of two students working in the lab

米哈伊尔·卢金,物理学(未画出)和GSAS学生乔治Vasmer莱弗里特教授大卫Levonian,(左)和米希尔·巴斯卡尔是哈佛大学的网赌信誉网站已经建立了失踪的链接,超安全的量子莉莎内部互联网。 (克里斯Snibbe /哈佛人员摄影师)

量子网络可用于发送未破解的消息,提高GPS的精确度,并启用基于云的量子计算。超过二十年,梦想建立一个量子网络,在很大程度上是由于留守派进行远距离量子信号无损失的难度遥不可及的。 

现在,哈佛大学和麻省理工学院研究者们已经发现了一种正确的信号损失与原型量子点能够捕捉,存储和信息的纠缠的量子比特。该研究是迈向实用量子互联网和长途量子网络的发展向前迈进了一大步缺少的环节。

“此次演示是一个概念上的突破,可以延长量子网络中最长的可能范围,并可能启用的方式是不可能与任何现有的技术,许多新的应用,”说 米哈伊尔·卢金物理学的乔治Vasmer莱弗里特教授和联席主任 哈佛量子举措。 “这是实现已超过二十年来所追求我们的量子科学和工程界的目标。” 

该研究成果发表在 性质.

从第一电报到今天的光纤网络通信技术 - 任何形式的 - 你必须解决的事实,信号和降级的距离上传输时丢失。第一中继器,接收和放大信号,以正确的损失ESTA,开发,以放大在19世纪中叶的衰落线电报信号。两百年后,中继器是我们的长途通信基础设施的一个组成部分。 

这是实现已超过二十年来所追求我们的量子科学和工程界的目标。

米哈伊尔·卢金
物理学的乔治Vasmer莱弗里特教授共同主任哈佛量子举措

在经典网络,爱丽丝在纽约,如果要发送加利福尼亚消息鲍勃,该消息从东海岸前往海岸或多或少直线。一路上,信号通过中继器,它是阅读,放大和修正错误。整个过程是在受到攻击的任何一点。  

如果Alice想发送的消息量,但是,这个过程是不同的。量子网络使用的光量子粒子 - 单光子 - 长距离通信的光的量子态。这些网络有一个技巧,经典系统不行:纠缠。 

纠缠 - 爱因斯坦称为“在距离幽灵行动” - 允许的信息比特在任何距离完全相关。由于量子系统不能在不改变观察到的,Alice可以使用纠缠鲍勃消息,而窃听者的任何恐惧。 ESTA概念是量子密码这类应用的基础 - 安全性是由量子物理学的法律保障。 

长距离量子通信,然而,也由传统的光子的损失,这对于实现大规模量子互联网的主要障碍之一影响。但是,在同一物理原理使得同样无法使用使得现有超安全的量子通信,中继古典到修复丢失的信息。 

你怎么能放大和正确的,如果你不能读它的信号?这个看似不可能的任务的解决方案涉及所谓的量子中继器。不像经典中继器,它通过在现有网络放大信号,通过它可以传输的消息创建纠缠粒子的量子中继器网络。 

在本质上,一个量子中继器是一种小型,专用的量子计算机。在网络这样一个的每一个阶段,量子中继器必须能够捕捉和量子信息来纠正错误的过程的量子位,并在足够长的时间存储网络的其余部分做好准备。到现在为止,已经有两个原因是不可能的:第一,单光子很难抓到。第二,量子信息是出了名的脆弱,使得它非常具有挑战性的过程和商店的很长一段时间。

卢金的实验室,协同 马尔科隆查尔在电气工程的tiantsai林教授 哈佛大学约翰。工程和应用科学的学校保尔森 (SEAS),宏坤公园,马克海曼JR。在艺术和科学的哈佛学院(FAS)和德克·英格伦,在麻省理工学院麻省理工(MIT)电气工程和计算机科学副教授,化学教授已经-一直努力利用一个系统,可以执行这两个任务好 - 钻石硅空位中心的着色。 

image of the device

在ESTA实验中使用的装置的扫描电子显微照片(SEM)。悬浮金刚石串(灰色)携带信息载运光子腔。 ESTA腔界限上植入的硅原子存储器的顶部(的SIV)的信息是这样的转移到所述存储器中的光。电极(金)被用来然后操纵存储在存储器SIV的信息。 (BART Machielse /哈佛大学提供图片)

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这些中心是在钻石的原子结构可以吸收和辐射出光的微小缺陷,从而引发钻石的绚丽色彩。

“在过去的几年里,我们的实验室一直在努力了解和单独控制硅空位中心的颜色,特别是围绕如何使用它们的量子器件内存单光子,”米希尔说巴斯卡尔,研究生的卢金小组。 

网赌信誉网站的各个颜色的集成中心纳米制造的金刚石成的空腔,从而结束信息承载光子并迫使它们随着单色中心进行交互。它们然后在冰箱中放置一个设备稀释,哪个接近绝对零度的温度达,并通过光纤电缆单独发送光子放入冰箱,在那里他们被有效地捕获和由有色中心捕获。

该设备可以存储毫秒量子信息 - 足够长,数千公里的待运信息。围绕腔嵌入电极分别用来传送控制信号,以处理和保存存储在所述存储器中的信息。

“这个装置结合了量子中继器的三个最重要的元素 - 一个长期记忆的能力,能够有效地关闭光子捕捉信息,并在本地处理它的方式,说:”巴特Machielse,研究生在实验室纳米级光学。 “去过的每个有这些挑战分开处理,但没有一个设备结合了所有三个。”

“目前,我们正在通过部署我们的量子记忆,城市的光纤链路的实际延长ESTA研究,说:”拉尔夫Riedinger,该集团在卢金博士后候选人。 “我们计划打造的纠缠量子记忆大型网络,探索量子互联网的第一应用。

我们计划建立的纠缠量子记忆大型网络,探索量子互联网的第一应用。

拉尔夫riedinger
组卢金博士后候选人

“这是第一个系统级的演示,在纳米制造的重大进展组合,光子学和量子控制量子显示明显的优势,使用量子中继节点进行通信的信息。我们期待着开始探索利用这些技术,说:”卢金新,独特的应用。 

这项研究是由巴斯卡尔,riedinger,Machielse,大卫Levonian,基督教阮,埃里克knall,公园,英格伦,隆查尔,丹尼斯Sukachev和卢金共同撰写。它是由美国国家科学基金会,美国国防部,能源部,科学研究空军办公室和办公室海军研究的支持部分。 

主题: 量子工程

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