מבוא

רשת קוונטית עומדת על גבול של עידן חדש בתקשורת מאובטחת ועיבוד מידע מבוזר.היכולת לשדר מצבים קוונטיים, כגון פוטונים מסובכים, למרחקים ארוכים מבטיחה אבטחה ללא תנאי בהתבסס על חוקי הפיזיקה.עם זאת, הפריסה המעשית של רשתות קוונטיות כבר מעכבת את האתגרים העיקריים והשבריריים של החומרה הנדרשת כדי ליצור, לתמרן, ולתעדות קוונטיות בעתיד של מערכת זו, על מנת לקדם את ההשפעה של אמצעי התקשורת הזעירה ומאובטחת יותר.

הצורך במינימום וזמינות

כיום, רשתות קוונטיות של היום מתקיימות לעתים קרובות חדרי מעבדה שלמים, מסתמכות על שולחנות אופטיים גדולים, מערכות Cryogenic בגודל של מקררים, והגדרות לייזר מורכבות.תשתית כזו אינה עולה בקנה אחד עם תרחישים של פריסה בעולם האמיתי שבו החלל, הכוח, וקלות השימוש הם קריטיים.מיניסטרול הוא חיוני עבור מספר סיבות:

  • (ב) ניתן לפרוס את ה-FLT:0) ,0 (איור 1), ניתן לפרוס את הצומת הקוונטי של ה-Virtum nodes) בסביבות צבאיות טקטיות, אזורי תגובה לאסון, או תחנות חישה מרחוק.
  • (FLT:0) ניכוי:0) ⁇ : 1 קטן יותר, מרכיבים בעלי ערך המוני נמוך יותר את המחסום לכניסת מוסדות מחקר, חברות טלקום וסוכנויות ממשלתיות.
  • (FLT:0) calScalability: 1 (FLT:1) חוזר קוונטי קומפקטי או נתב ניתן להציב לאורך נתיבי סיבים אופטיים כדי להרחיב רשתות קוונטיות ללא צורך בתשתיות מסיביות.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם מערכות קלאסיות:FreaLT:1); מכשירים קוונטיים זעירים זעירים יכולים לשתף צ'יפים עם ציוד רשתות רשת קלאסיות, המאפשר רשתות קלאסיות היברידיות חלקה.

אתגרים טכניים מרכזיים

שמירה על הקוהרנטיות הקוונטיות

חומרה קוונטית מסתמכת על מצבים שבריריים כמו סופרפוזיציה וסבך, אשר בקלות מפריעים על ידי אינטראקציות עם הסביבה.מיניון מרכיבים לעתים קרובות מציב אותם קרוב יותר יחד, הגדלת הסיכון של צלבנות ודהירות.לדוגמה, על photonics על שבבים חייב לבודד גלים כדי למנוע פיזור לא רצוי של קרינה. סולידריות-מדינה, כגון אלה בחנקן (NV) מרכזי בידוד מתקדמים מאוד.

רעש סביבתי ושיקום

מערכות קוונטיות רגישות מאוד לתנודות טמפרטורה, רטטים והתערבות אלקטרומגנטית.מכשירים ניידים חייבים לפעול בסביבה לא מבוקרת - משחות, בחוץ או קווי חשמל קרובים.זה דורש הגנה חזקה וייצוב פעיל.חדשנות ב שעונים אטומיים בקנה מידה שבב ומדטטים מבוססי MEMS מותאמת לחומרה קוונטית, אבל שילוב אלה לתוך חבילה קטנה ללא הקרבה של ביצועים גדולים נשאר אתגר הנדסי.

דרישות כוח וסאונד

טכנולוגיות של qubit רבות, כגון מוליכים על qubits, דורש טמפרטורות מילימטרי.מקררים דלולים מסורתיים הם גדולים וכוח-hungry. for Portability, גישות חלופיות כמו בועות קומפקטיות, או אפילו טמפרטורות זמן-חדר מערכות קוונטיות (למשל, phonic qubits ו כמה ארכיטקטורות לכודות), רודף אחר המטרה היא להפחית את הכוח המתאים או רמות הפעלה קטנות.

פריצת דרך טכנולוגיות נהיגה ב-Miniaturization

phonics

רשתות קוונטיות פוטוניות משתמשות בפוטונים כקווי חשמל מעסים.על ידי שילוב לייזרים, מודטורים, beam פיצולters, וגלאים פוטונים יחיד על שבב יחיד, פוטוניקה משולבת מפחיתה באופן דרסטי את הגודל והמורכבות.פלטפורמות פוטוניקה של הסיליקון, למשל, מאפשרות ייצור המוני באמצעות תהליכים מוליכים למחצה קיימים. Startups וקבוצות מחקר הוכיחו על מקורות התנגשות ו- קוונטים יכולים להציג מספר סיליקון של פעולות סיליקון: 0.1% כאלה יכולות להגיע ל-Flasticials: 1.

מדינה סולידריות Qubits

⁇ -state qubits, במיוחד מרכזי NV ביהלומים וסיליקון vacancies מציעים מדינות קוונטיות יציבות בטמפרטורת החדר עבור יישומים מסוימים.מרכזי פגם אלה יכולים להיות מיוצרים במזכרי יהלומים דקים או אפילו משולבים עם מבנים פוטוניים.הפיתוח של שבבי פוטוניים חשמליים משלב את זמני הקוהרנטיות ארוכים של מרכזי NV עם הקומפקטיות של חברות ייצור בקנה מידה גדול של שבב עובדים על LT:0 חיישנים קוונטיים ו-אטומים של 1 חיישנים.

מגניב ו Cryogenics

הטכנולוגיה Cryogenic מתפתחת מעבר למקררים גדולים של דילול.com tube Cryocoolers ו Cryostats שנועדו לקוביות או מעבדות ניידות עכשיו להשיג טמפרטורות תת-קלווין בשבריר של נפח.לדוגמה, החוקרים בנו מערכת Cryogenic ניידת עבור qubitssss מוליכים על ידי superconducting qubits כי מתאים במתחם בגודל מזוודה.

תיקון שגיאות קוונטיות

המיניגלגליזציה מציגה רעש נוסף ופגמים.תיקון שגיאות קוונטיות (QEC) הוא חיוני לשמירה על נאמנות במכשירים ניידים.התקדמות בקודי QEC, כגון קודים על פני השטח, מותאמת ליישום נמוך יותר. integrating לוגיקה תיקון שגיאות ישירות על שבבים בקרה מאפשר ייצוב אוטונומי של qubits ללא כלי חיצוני רב.זה הוא מפתח המאפשר עבור יישום אמין עבור קוונטיות.

עקבו אחרי Portable Quantum Networks

בסביבה הקרובה של Quantum Returners and Routers

חוזרים קוונטיים הם חיוניים לתקשורת קוונטית למרחקים ארוכים, להתגבר על אובדן פוטונים בסיבים אופטיים. חוזר מסורתי דורשים זיכרונות קוונטיים והחלפת סבך, לעתים קרובות מעורבים מלכודות אטום קר או גבישים גדולים. גרסאות מיניוורידיות באמצעות תאי Vapor גרעיניים בקנה מידה שבב או יבשות קוונטיות מוצקות נמצאים תחת פיתוח. a קוונטית ניידת ניידת יכול להיות להציב כל כמה קילומטרים לאורך קישור קוונטי, המאפשרת מסיבית ללא מתקנים קוונטיים מסיבית.

מערכות Chip-Scale

המטרה הסופית היא לשלב את כל פונקציות הרשת הקוונטיות החיוניות - הדור הפוטונים, המניפולציה, הגילוי והזיכרון - על שבב יחיד או קבוצה קטנה של מודולים.הפגנות האחרונות של משדרים קוונטיים במערכת-על-ידי שבבים מראים כי מקורות זוג פוטוניים מורכבים יכולים להיות משולבים עם מודולים וגלאים על פלטפורמה מונוליטית-עלית:1FLT:1 ניתן לצר שבבים כאלה לתוך ציוד קומפקטי היום סטנדרטי, קומפקטי למודולים אופטיים.

יישומים עתידיים

תקשורת מאובטחת

מכשירים של התפלגות מפתח קוונטית (QKD) כבר בשוק, אבל הם נשארים מאוד גדול. הדור הבא מסופי QKD יאפשר תקשורת בטוחה עבור טלפונים ניידים, רחפנים ולוויינים. לדוגמה, מחזיקי מעמד של גנרטורים מספרים אקראיים קוונטיים ו משדרים יכול להשתלב בסמארטפונים, יצירת אפליקציית הודעות קוונטיות מאובטחות.

המונחים: Quantum Computing

צמתים קוונטיים קטנים, מודולריים יכולים להיות מקושרים באמצעות רשתות פוטוניות כדי ליצור מחשב מבוזר קוונטי. . ⁇ יחידות עיבוד קוונטיות (QPUs) יכול להיות ממוקם במקומות שונים, שיתוף סבך על סיבים או קישורים מרחביים חינם.אדריכלות זו מאפשרת דרוג מעבר לגבולות של Cryostat יחיד ומאפשרת שירותי ענן קוונטי עם נקודות קצה ניידות.

Sensing and metrology

חיישנים קוונטיים נהנים ממיניסטרוליזציה, כמו גם.מקורות פוטוניים מורכבים יכולים לשפר מדידות בין-פרומטריות, גלאי גל הכבידה, או מגנטיממטרים.רשתות של חיישנים קוונטיים קומפקטיים יכול להיות פרוס עבור ניטור סביבתי, סקר תת-קרקעי, או ניווט בסביבות בעלות GPS.

מסקנה

המיניטוריזציה וההנעה של חומרה רשת קוונטית אינה רק נוחות הנדסית; זהו צעד הכרחי לקראת יצירת תקשורת קוונטית טכנולוגיה כל-כךית.על ידי להתגבר על אתגרים בהקפה, בידוד, וקירור באמצעות פוטוניקה משולבת, qubits מדינת מוצק, ו Cryogenic מתקדמים, החוקרים מעדיפים את הדרך עבור שדה-דה-מדומים בעשור הבא סביר לראות יישומים גדולים יותר, ממערכות הגנה, ממותקים, אשר יאפשרוכות, לא ניתן לכווץ, חומרים קריטיים, ממערכות אבטחה, ולא ניתן לנפחות יותר, אשר יאפשרוגני מחשבי תקשורת, ולא ניתן לנפחות, ולאורגני מחשבי, אשר יאפשרוכות, אלא גם חומרים קריטיות יותר, אשר יאפשרומים, כלומר, ממערכות אבטחה גדולות יותר, אשר יאפשרוגני מחשבי, ממערכות אבטחה, כלומר, חומרים מתקדמים, ממערכות אבטחה, ומהירות, יכולות להיות ממערכות אבטחה, יכולות להיות ממערכות אבטחה, יכולות להיות ממערכות אבטחה מתקדמות, ומהירות, יכולות להיות ממערכות אבטחה מתקדמות יותר, יכולות להיות ממותק יותר, הן, הן, יכולות להיות ממערכות אבטחה מתקדמות יותר, הן, הן, הן, יכולות להיות ממערכות אבטחה מתקדמות, הן, הן יכולות להיות ממערכות אבטחה מתקדמות,