Newswise – شبکه های کوانتومی پتانسیل عظیمی برای پیشرفت های نوآورانه در بسیاری از زمینه های علم و فناوری دارند. پس از بلوغ این فناوری، انتظار می رود که جزء اصلی آن باشد محاسبات کوانتومی. این می تواند تاثیری معادل اینترنت بر ارتباطات دیجیتال داشته باشد.
وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) اعلام کرد که سه پروژه مشترک در کوانتومی شبکه 24 میلیون دلار در یک دوره حداکثر سه ساله دریافت خواهد کرد. آزمایشگاه ملی آرگون DOE در دو پروژه شرکت خواهد کرد و یکی از آنها، InterQnet را رهبری خواهد کرد. بودجه پیش بینی شده برای InterQnet 9 میلیون دلار طی سه سال است.
شبکه های کوانتومی منجر به پیشرفت هایی در محاسبات کوانتومی با اتصال چندین کامپیوتر کوانتومی برای افزایش بسیار زیاد قدرت محاسباتی. این فناوری همچنین می تواند اندازه گیری های دقیقی را بر اساس اصول کوانتومی انجام دهد که در غیر این صورت ممکن نبود. و می تواند راه را برای برنامه های کاربردی جدیدی که هنوز تصور نشده اند هموار کند.
“نتایج ما به عنوان مبنایی برای توسعه خواهد بود شبکه های کوانتومی برای اتصال دستگاه های کوانتومی در سراسر کشور.” – راجکومار کتیموتو، دانشمند کامپیوتر
پروژه InterQnet با افزایش مقیاس به چالش های متعددی می پردازد شبکه های کوانتومی از مقیاس شهری کنونی گرفته تا فواصل بسیار بیشتر و معماری های پیچیده تر. برای این منظور، Argonne با آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی DOE (Fermilab)، دانشگاه نورث وسترن، دانشگاه شیکاگو و دانشگاه ایلینویز در Urbana-Champaign همکاری می کند.
فرآیندهای کوانتومی درگیر بر رفتار ذرات بنیادی، مانند فوتون ها، که اجزای اصلی نور هستند، کنترل می کنند. فرآیند کلیدی درهم تنیدگی نامیده می شود. دو ذره درهم تنیده حتی پس از جدا شدن در فواصل بسیار زیاد به یکدیگر وابسته هستند.
“چیزی که من را مجذوب خود می کند شبکه های کوانتومی Rajkumar Kettimuthu، دانشمند کامپیوتر در Argonne و محقق اصلی InterQnet می‌گوید که آنها می‌توانند اطلاعات را به روشی کاملاً جدید منتقل کنند. آنها به شما اجازه می دهند اطلاعات کوانتومی را از یک نقطه به نقطه دیگر در یک شبکه با استفاده از درهم تنیدگی کوانتومی در حالی که همچنان اطلاعات کلاسیک را انتقال می دهند، ارتباط برقرار کنید. این با انتقال اطلاعات کوانتومی از طریق یک رسانه ارتباطی مانند کابل نوری یا فضای آزاد متفاوت است.
او همچنین توضیح داد که از آنجایی که ارتباطات کوانتومی مبتنی بر درهم تنیدگی نیازمند انتقال اطلاعات کلاسیک از مبدا به مقصد است، نمی‌توان اطلاعات کوانتومی را سریع‌تر از نور انتقال داد.
کتیموتو گفت: «ما قبلاً ارتباط کوانتومی با جفت فوتون های درهم تنیده را در آزمایشگاه، بین ساختمان ها در آرگون و بین آرگون و فرمیلب نشان داده ایم.
InterQnet ارتباطات کوانتومی را در پنج ساختمان در پردیس Argonne با چندین پلت فرم کوانتومی مختلف و مراحل اولیه نشان خواهد داد. تکرار کننده کوانتومی. هر پلتفرم از نوع متفاوتی از بیت کوانتومی (کیوبیت)، واحد پایه اطلاعات در اطلاعات کوانتومی استفاده خواهد کرد. برخلاف بیت‌های کلاسیک، که فقط می‌توانند 0 یا 1 باشند، یک کیوبیت می‌تواند به طور همزمان ترکیبی از هر دو حالت را نشان دهد. این ویژگی یکی از دلایلی است که کامپیوترهای کوانتومی قابلیت محاسباتی بسیار برتری برای برخی از کاربردها دارند.
محققان آرگون قبلاً روی توسعه چهار نوع کیوبیت همکاری داشتند: الکترون ها، اتم های ایتربیوم، اتم های اربیوم باردار (یون ها) و مدارهای مایکروویو. یک نقطه عطف مهم، نشان دادن شبکه کوانتومی آرگون است که این پلتفرم‌های کیوبیت را به هم متصل می‌کند. یکی از آنها به عنوان یک تکرار کننده کوانتومی، یک عنصر اصلی شبکه برای گسترش فاصله ارتباطی عمل خواهد کرد.
“نتایج ما به عنوان مبنایی برای توسعه خواهد بود شبکه های کوانتومی کتیموتو گفت: برای اتصال دستگاه های کوانتومی در سراسر کشور. این تیم آزمایش‌های عملی را با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای تکمیل می‌کند تا معماری بهینه را برای یک شبکه کوانتومی آینده‌نگر مقیاس‌پذیر تا فواصل بزرگ تعیین کند.
این پروژه جدید ناشی از کارهای انجام شده در پروژه های مختلف قبلی و در حال انجام است. اینها شامل چندین پروژه تحقیق و توسعه است که در آزمایشگاه Argonne هدایت می شوند. شبکه کوانتومی اکسپرس ایلینوی (IEQNET)، به رهبری Fermilab. و Q-NEXT، دفتر علوم DOE مرکز ملی علوم اطلاعات کوانتومی (QIS)، به رهبری Argonne.
InterQnet همچنین از عناصر مختلف سخت افزاری و نرم افزاری QIS موجود در حال حاضر استفاده خواهد کرد. اینها شامل یک پیوند فیبر نوری بین Argonne و موسسات شریک و یک شبیه ساز شبکه کوانتومی توسعه یافته در Argonne است.
Fermilab بودجه DOE را برای یک پروژه جداگانه به نام Advanced Quantum Network for Scientific Discovery دریافت کرد. این پروژه تحت رهبری Fermilab از تخصص و قابلیت های توسعه یافته توسط IEQNET بهره خواهد برد. هدف بهبود انتقال اطلاعات است شبکه های کوانتومی. همکاری بین دو آزمایشگاه ملی ادامه خواهد یافت زیرا Argonne نیز به همراه سایر شرکا در این پروژه شرکت خواهد کرد.
“شبکه های کوانتومی پایه ای برای توزیع و مقیاس پذیر هستند محاسبات کوانتومیکه کاربردهای بالقوه‌ای در بانکداری، امنیت ملی، زیرساخت‌های تحویل انرژی، امنیت اطلاعات و موارد دیگر دارد.”
برنامه تحقیقات محاسبات علمی پیشرفته DOE بودجه این تحقیق را تامین کرد.
آزمایشگاه ملی آرگون به دنبال راه حلی برای مشکلات مبرم ملی در علم و فناوری است. اولین آزمایشگاه ملی کشور، Argonne، تحقیقات پایه و کاربردی پیشرو را در تقریباً هر رشته علمی انجام می دهد. محققان Argonne از نزدیک با محققین صدها شرکت، دانشگاه و سازمان های فدرال، ایالتی و شهرداری همکاری می کنند تا به آنها کمک کنند تا مشکلات خاص خود را حل کنند، رهبری علمی آمریکا را ارتقا دهند و کشور را برای آینده ای بهتر آماده کنند. با کارکنان بیش از 60 کشور، Argonne توسط مدیریت می شود UChicago Argonne, LLC برای دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده.
دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/scence.
