美国能源部发布量子互联网规划

2020-07-30 美国能源部

723日,美国能源部(DOE)公布了一份报告,提出了发展国家量子互联网规划,从而使美国在全球量子竞赛领域位于世界前列,开创了通信新时代。该报告提供了确保于201812月由特朗普总统签署成为法律《国家量子计划法案》的发展途径。

20202月,美国能源部国家实验室、大学和工业界在纽约市开会,制定了国家量子互联网的蓝图战略,列出了需要完成的基本研究,描述了工程和设计的障碍,并设定了具体目标。

美国能源部的17个国家实验室将成为即将到来的量子互联网的骨干,它将依靠量子力学定律来比以往任何时候都更安全地控制和传输信息。目前,处于发展初期的量子互联网可以成为安全的通信网络,并对科学、工业和国家安全至关重要的领域产生深远影响。

建立这种互联网的关键步骤已经在芝加哥地区进行,芝加哥地区已成为量子研究的全球领先枢纽之一。2月,美国能源部位于伊利诺伊州莱姆特的阿贡国家实验室的科学家和芝加哥大学的光子纠缠了52英里的“量子环”。在芝加哥郊区成功建立了美国最长的陆基量子网络之一。该网络将很快连接到美国能源部位于伊利诺伊州巴达维亚的Fermilab,建立一个三节点、80英里的试验台。

量子传输的标志之一是,随着信息在位置之间传递,它们很难被窃听。科学家计划利用这种特性来打造几乎无法入侵的网络。早期采用者可能包括银行和医疗服务等行业,并申请国家安全和飞机通信。最终,在手机中使用量子网络技术可能对全世界个人的生活产生广泛的影响。

科学家们还在探索量子互联网如何加速大量数据的交换。该报告称,如果可以组合和扩展各个组成部分,那么社会可能正处于数据通信突破的风口浪尖上。

最后,创建超灵敏量子传感器网络可以使工程师更好地监视和预测地震(这是一个长期而难以实现的目标),或者可以搜索石油、天然气或矿物的地下沉积物。这样的传感器还可在医疗保健和成像中应用。

要创建完整的量子互联网原型,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、美国国家标准与技术研究院,美国国家安全局和美国国家航空航天局)、国家实验室、学术机构和行业之间的密切协作。

该报告列出了关键的研究目标,包括建立和集成量子网络设备,使量子信息永久存在和路由以及纠正错误。然后,要建立全国性网络,有四个关键的里程碑:使用现有的“中继器”,在现有的光纤网络上验证安全的量子协议,在校园或城市之间发送纠缠的信息,扩展城市之间的网络,最后在州之间进行扩展。放大信号。

其他国家实验室也在推动量子网络和相关技术的发展。例如,石溪大学和布鲁克海文国家实验室与总部位于劳伦斯伯克利国家实验室的美国能源部能源科学网络合作,建立了一个80英里长的量子网络测试平台,并正在纽约州、橡树岭和洛斯阿拉莫斯积极扩展国家实验室。其他研究小组则致力于开发具有高度安全信息的量子密码系统。

关键词:量子互联网;规划蓝图;美国