布鲁克海文国家实验室推出新的量子网络设施

北京时间5月20日消息（余予）美国能源部布鲁克海文国家实验室启动了一个新的量子网络设施，该设施将为来自全国和世界各地的科学家提供服务，致力于推进令人兴奋的量子通信网络新领域发展。

科学家们测试将用于量子自由空间链接项目的设备，该项目将在布鲁克海文实验室现场的一栋建筑物和20多公里外石溪大学校园内的另一栋建筑物之间进行纠缠光子传输。

“建立一个广泛的、基于量子的全球通信网络——量子互联网——有可能成为21世纪最重要的技术前沿之一，”布鲁克海文实验室仪器部门主任Gabriella Carini表示，“这个新设施将为研究人员提供实现大规模量子纠缠分布网络所需的工具和能力。”

在量子力学中，纠缠粒子（通常是光子）的物理特性保持关联，即使它们之间相隔很远。因此，当在一侧进行测量时，也会影响另一侧。科学家们可以利用这些特性来创建一个安全的、远程的量子信息网络。新设施已经拥有美国最先进的区域量子网络之一，布鲁克海文实验室和石溪大学的一个团队最近完成了全国最长的量子网络，跨越98英里，连接了这两个机构的两个校区。

建立这些长距离的、按需纠缠的能力将对科学界产生巨大影响。它们将使一系列全新的应用成为可能，例如增强的光学干涉测量、纠缠传感器的大型视距阵列、原子钟的量子网络和分布式量子计算。该设施配备了构建这些长距离纠缠分布网络所必需的最先进的量子网络设备。

量子网络仅处于起步阶段。在实现大型量子通信系统的全部潜力之前，仍然存在许多挑战。布鲁克海文的量子网络设施旨在应对所有这些挑战以及更多挑战。作为一个实验设施，它向全球用户社区开放。从这些研究工作中扩展的实验机会将集中在基础量子设备的开发上，包括纠缠产生和检测，以及便携式量子存储器的表征，重点是通过室温操作实现可扩展性。

“该设施的一个关键方面是，它能够将这些量子硬件构建块与现有的现实城际光纤集成，并在它们与当前的互联网集成后表征它们的性能。” 仪器部门量子系统组的科学家Julian Martinez-Rincon表示，“这些努力的目标是进行长距离纠缠实验，以实现分布式量子传感和计算等新的科学应用，以及开发算法和协议来远程控制区域量子互联网试验台。”

该设施完全由其用户支持，包括常驻研究项目和通过研究合作协议签订的外部用户。

该设施的长期愿景是使其成为量子中继器辅助的纠缠分配网络的首批实例之一，该网络将能够在其所有量子节点处预示和维持纠缠。该设施的光纤网络基础设施目前正在扩展，以覆盖长岛和纽约市大都市区的更多节点。这包括布鲁克海文实验室、石溪大学和纽约市的多功能量子节点，由位于康马克和韦斯特伯里的纠缠生成和交换节点辅助。

与此同时，设施研究人员正在努力创建一个“自由空间光链路”，它将通过露天，独立于地下基础设施，在布鲁克海文实验室和石溪大学之间提供一个直接的、站点到站点的纠缠分发通道。屋顶建设工作正在进行中，光学系统正在积极开发中，一个较小规模的系统已经展示了通过自由空间和返回的高效连接。

“量子网络提供了一种更加精确、快速和安全的通信形式，它将触及影响我们日常生活的几个关键行业和应用程序，”Carini表示，“布鲁克海文实验室和我们在石溪大学的合作伙伴很高兴能够站在这场技术革命的最前沿。”

布鲁克海文国家实验室由美国能源部科学办公室的支持。科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。

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