重磅!美国能源部公布量子互联网蓝图 花10年打造“几乎无法入侵的网络”

 

 

在近日芝加哥大学的一个新闻发布会上,美国能源部(DOE)公布了一份报告,其中列出了一个国家量子网络的发展蓝图战略,提出希望美国成为全球量子通信领域的领头羊。

在全球各地,人们正在形成共识,认为使用量子力学进行交流的系统是21世纪最重要的技术前沿之一。科学家们现在相信,在未来十年内,建造一个原型将指日可待。

量子传输的一个重要特征是信息传输时难以被窃听,科学家计划借此来建立一个“几乎不可破解的网络”。

重磅!美国能源部公布量子互联网蓝图 花10年打造“几乎无法入侵的网络”

今年2月,美国能源部(DOE)国家实验室、大学和工业界在纽约举行会议,制定了国家量子互联网的战略蓝图,列出了需要完成的基本研究,并描述了其中的工程和设计障碍,设定了近期目标。

美国能源部长Dan Brouillette表示:“能源部为在国家量子互联网的发展中发挥重要作用而感到自豪。”“通过构建这种新兴的新技术,美国将继续致力于保持和扩展我们的量子能力。”

美国能源部的17个国家实验室将成为未来量子互联网的支柱。量子互联网将依靠量子力学定律,以前所未有的安全方式控制和传输信息。量子互联网目前正处于发展的初级阶段,它可能成为一个安全的通信网络,并对科学、工业和国家安全的关键领域产生深远影响。

在芝加哥地区,建立这样一个互联网的关键步骤已经启动,那里已经成为全球领先的量子研究中心之一。今年2月,来自伊利诺斯州勒蒙特的能源部阿尔贡国家实验室(Argonne National Laboratory)和芝加哥大学的科学家们在芝加哥郊区让光子纠缠在一个52英里长的“量子环路”中,成功地建立了美国最长的陆基量子网络之一,一时引起轰动。

该网络将很快与美国能源部位于伊利诺斯州巴达维亚的费米实验室(Fermilab)连接,建立一个80英里的三节点试验台。

芝加哥大学校长罗伯特·j·齐默(Robert J. Zimmer)表示:“芝加哥大学、阿尔贡国家实验室和费米实验室在知识和技术方面的联合领导地位,让芝加哥在发展量子信息技术的全球竞争中占据了核心地位。”“这项工作需要定义和建立全新的研究领域,以及技术应用的新前沿,从而提高世界各地许多人的生活质量,并支持我们的城市、州和国家的长期竞争力。”

费米实验室主任奈杰尔·洛克耶(Nigel Lockyer)说:“几十年后,当我们回顾量子互联网的开端时,我们将能够说最初的连接点就在芝加哥——在费米实验室、阿贡实验室和芝加哥大学。”“作为现有科学生态系统的一部分,美国能源部国家实验室处于促进这种整合的最佳位置。”

一系列独特的能力

量子传输的一个特点是,当信息在不同地点之间传递时,很难窃听到它们。科学家们计划利用这一特性来建立一个“几乎不可破解的网络”。早期采纳者可能包括银行和医疗服务等行业,,也有望在国家安全和飞机通信领域“大显身手”。最终,在移动电话中使用量子网络技术可能会对世界各地个人的生活产生广泛影响。

科学家们也在探索量子互联网如何加速海量数据的交换。该报告称,如果这些组件可以组合和缩放,社会可能处于数据通信突破的风口浪尖。

最后,创建超灵敏的量子传感器网络可以让工程师更好地监测和预测地震——这是一个长期而难以实现的目标——或者搜索石油、天然气或矿产的地下矿藏。这种传感器还可以应用于医疗保健和成像领域。

多个实验室、多个机构共同努力

事实上,早在2018年底,美国就颁布《国家量子倡议法案》(National Quantum Initiative Act)。到今年2月份,美国白宫网站又发布了一份《美国量子网络战略构想》,提出美国将开辟量子互联网,确保量子信息科学惠及大众。

而未来要创建一个成熟的量子互联网原型,将需要美国联邦机构——包括美国能源部、国家科学基金会、国防部、国家标准与技术研究所、国家安全局和美国宇航局——以及国家实验室、学术机构和工业界之间的密切协调。

该报告列出了4个关键的研究目标,包括为量子互联网提供基础性积木、整合集成多个量子网络设备,为量子纠缠创建中继、开关和路线,以及量子网络功能的纠错。然后,要把这个全国性的网络付诸实施,还有5个关键的实施节点:在现有光纤网络上验证安全的量子协议,在校园或城市间发送纠缠信息,扩展城市间的网络,最后在州间扩展使用量子“中继器”放大信号。

“量子网络的基础取决于我们的能力正是在原子尺度合成和处理问题,包括单个光子的控制,”芝加哥量子交易所的主任David Awschalom表示。“我们的国家实验室拥有世界一流的设备,可以用亚原子分辨率对材料进行成像,还有最先进的超级计算机来模拟材料的行为。这些强大的资源对加速量子信息科学和工程的发展至关重要,并与学术和企业合作伙伴领导这一快速发展的领域。”

“除了我们与芝加哥大学的合作,费米实验室还与Argonne、加州理工学院、西北大学和科技初创公司合作开发这种架构,并逐步部署和连接横跨芝加哥市的量子通信节点。”用不了多久,在这第二组合作者的帮助下,我们就能在一个大都市网络中远距离传输数据了。”“这份蓝图很重要,它告诉我们如何在全国范围内开展这项工作。”

翻译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:https://scitechdaily.com/u-s-department-of-energy-unveils-blueprint-for-quantum-internet/

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