導入事例

Quantum ネットワーキングは、安全な通信と分散情報処理における新しい時代のフロンティアにあります。 量子状態を伝送する能力は、エンタングルされたフォトンなどの長距離にわたって、物理の法則に基づいて、無条件のセキュリティを約束します。 しかし、量子ネットワークの実用的な展開は、生成、操作、量子信号を測定するために必要なハードウェアのバルクと脆弱性によって妨げられています。 この分野は、潜在的なネットワークの活用と量子化を促進し、より小型化、より小型化、および低域幅なネットワークの拡張性を促進します。 潜在的なネットワークの活用、および低域幅の拡張性、および低域幅の拡張性、および低域幅の拡張性、および低域幅の拡張性を促進します。

省力化・可搬性の必要性

今日の量子ネットワークテストベッドは、多くの場合、大小の光学テーブル、低温学システムに冷蔵庫のサイズ、複雑なレーザー設定に依存して、研究室の全部屋を占めています。このようなインフラストラクチャは、スペース、電力、および使用の容易さが重要である現実世界の展開シナリオと互換性があります。最小化は、いくつかの理由で不可欠です。

  • [] フィールド展開:[]] 戦術的な軍事環境、災害対応ゾーン、またはリモートセンシングステーションにポータブル量子ノードをデプロイできます。
  • コストダウン:]]のコストダウン。小規模な大量に生産可能なコンポーネントは、研究機関、電気通信会社、政府機関への参入障壁を下げます。
  • []の拡張性:]]]のコンパクト量子の中継器またはルーターは、大量のインフラを必要としない量子ネットワークを拡張するために光ファイバルートに沿って配置することができます。
  • 古典系システムとの統合:[ ミニチュア化された量子装置は、古典的なネットワーク機器とラックを共有することができ、シームレスなハイブリッド古典的な量子ネットワークを有効にします。

主要な技術的な課題

量子の凝集を維持する

Quantumハードウェアは、環境との相互作用によって容易に破壊されるスーパーポジションやエンタランメントなどの壊れやすい状態に依存しています。コンポーネントを小型化することで、クロストークやデコーレンスのリスクを増加させ、より緊密につながります。例えば、オンチップフォトニクスは、不要なフォトン散布を防ぐための波ガイドを隔離しなければなりません。ソリッドステートクビット、ダイヤモンドの窒素空洞(NV)センターなどの、非常に低いノイズが必要です。リサーチは、高度な技術や技術が維持されています。

環境騒音と分離

量子システムは温度変動、振動、および電磁妨害に非常に敏感です。携帯用装置は制御されていない環境で、車、屋外で作動し、または電力線の近くでなければならない。この要求の強い保護および活動的な安定化。破片スケールの原子時計の革新およびMEMSベースの振動分離器は量子ハードウェアのために合わせられますが、性能を犠牲にすることなく小さいパッケージにこれらを統合することは主要な工学課題を残します。

電力および冷却の要求

過伝導性キビットなどの多くの液状技術は、ミリケルビン温度を必要とします。従来の希釈冷蔵庫は大きく、電力供給です。移植性のために、コンパクトなクレオクーラー、または室内温度量子システム(例、光子ビット、およびいくつかのトラップイオンアーキテクチャ)などの代替アプローチは、追求されています。目標は、バッテリーの動作または小規模な発電機と互換性のある電力消費を削減し、展開を有効にすることです。

微細化を実践する画期的な技術

統合フォトニクス

光子量子ネットワークは、飛行量子として光子を使用します。レーザー、変調器、ビームスプリッタ、および単光検出器を単一のチップに統合することにより、統合されたフォトニクスは、サイズと複雑性を大幅に削減します。例えば、シリコンフォトニクスプラットフォームは、既存の半導体プロセスを使用して大量生産を可能にします。スタートアップや研究グループは、オンチップエンタグメントソースと量子ゲートを実証しています。 は、シリコンフォトニクス回路の回路の量子を1〜1〜1メートルに示すことができます[F]は、このような回路の量子量子量子量子度は、このような回路の量子度を生成することができます[F]

ソリッド・ステート・クビット

ソリッドステート・クビット、特にダイヤモンドおよびケイ素のバカンシーのNVの中心は特定の適用のための室温で安定した量子の状態を提供します。これらの欠陥の中心は薄いダイヤモンドの膜で製造するか、またはピクニック構造と統合することができます。ダイヤモンドのフォトニックの破片の開発は破片スケールの製作のコンパクトさのNVの中心の長い一貫性の時間を結合します。会社は[のコンマーシャル ダイヤモンド ベースの量子の質およびバックパック[FLT]の1のバックパックで働きます[FLT]:]:[FLT]の]の記憶に合います

高度な冷却と低温学

低温学の技術は大きい希釈の冷却装置を越えて進化しています。 密集した脈拍管のクリオクーラーおよびcryostatsはCubesatsのために設計しましたりか携帯用実験室は容積の分数の潜水ケルビンの温度を達成します。 例えば、研究者はスーツケースサイズのエンクロージャで合う超伝導性のqubitsのための携帯用低温学システムを造りました。 これらのシステムは重要な力を必要としますが、効率の改良は絶えずです。 ピクニック 量子のための温度および可能な構造は十分に排除します。 構造は、ある程度の温度および低温学の建築を除去します。

Quantum エラー修正

ミニチュア化は、追加のノイズと欠陥を導入しています。量子エラー補正(QEC)は、ポータブルデバイスにおける忠実度を維持するために不可欠です。 表面コードなどのQECコードで進歩し、低オーバーヘッド実装用に調整されています。 制御チップに直接エラー補正ロジックを統合することで、多量な外部の計測なしで、量子の自律安定化を実現します。 これは、信頼性の高い量子ノード用のキーブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブイブ

ポータブル量子ネットワークへのパス

Quantum の中継器およびルーター

Quantumの中継器は光学繊維で光子の損失を克服する長距離量子の通信のために必要です。従来の中継器は量子の記憶および絡み合いのスワップを、頻繁に関与する風邪原子のトラップか大きい水晶要求します。チップスケール原子蒸気細胞か固体量子の記憶を使用して小型化された版は開発の下にあります。携帯用量子の中継器は繊維のリンクに沿うキロメートルのあらゆる数張力を置くことができま、巨大な設備なしで量子のインターネットのcontquirantquirumのインターネットを可能にしました。

チップスケールシステム

究極の目標は、単一のチップまたは小さなモジュールに、光子生成、操作、検出、およびメモリ - のすべての重要な量子ネットワーク機能を統合することです。 システムのオンチップ量子送信機の最近のデモは、]のエンアングルフォトンペアソースは、モノリシックプラットフォーム上のモジュレータと検出器と組み合わせることができます。 そのようなチップは、小型モジュールにパッケージ化することができます 光学機器に似ています。 光学機器は、今日、光学機器に類似したネットワークに類似したネットワーク機器を変換します。

今後のアプリケーション

セキュアなコミュニケーション

ポータブル量子キー分布(QKD)デバイスは既に市場で存在していますが、それらは比較的かさばりに残ります。次世代の小型化QKDターミナルは、携帯電話、ドローン、衛星の安全な通信を可能にします。例えば、ハンドヘルド量子ランダム数発生器と送信機は、スマートフォンに統合され、量子保護されたメッセージングアプリを作成することができます。政府および企業は、イベントや危機中に一時的なリンクを保護するためのポータブル量子ネットワークノードをデプロイすることができます。

分散量子計算

小さなモジュラー量子ノードは、フォトニックネットワークを介して分散量子コンピュータを形成することができます。ポータブル量子処理ユニット(QPU)は、異なる場所に配置することができ、繊維や空き領域のリンク上のエンタングを共有します。このアーキテクチャは、単一のクライオスタットの限界を超えてスケーリングし、ポータブルエンドポイントで量子クラウドサービスを有効にすることができます。

センシングとメトロロジー

Quantumセンサーは、小型化にもメリットがあります。ポータブルエンアングルフォトンソースは、干渉測定、重力波探知機、または磁気計を改善できます。コンパクトな量子センサーのネットワークは、環境監視、地下測量、またはGPS拒否環境でのナビゲーションのために展開できます。U.S.防衛省は、ポータブル量子センサーネットワークを探索し、精度と位置決めのために。

コンテンツ

量子ネットワークのハードウェアの小型化と移植性は単なる工学的利便性ではありません。量子通信をubiquitous技術にするための必要なステップです。一貫性、分離、統合フォトニクス、ソリッドステートクビット、高度なクロイドによる冷却に関する課題を克服することで、研究者はフィールドドプライト可能な量子ノードの方法を舗装しています。次の10年は、クエンタムネットワークが、デバイスと通信機器を拡張し、将来のデバイスを拡張し、重要な要素を検証し、重要な要素を検証し、デバイスを拡張するだけでなく、デバイスやデバイスを拡張するだけでなく、さまざまなデバイスを拡張するだけでなく、さまざまなデバイスを拡張する、さまざまなデバイスやデバイスを拡張するなど、さまざまなデバイスを拡張するような、より大きな規模で実現します。