Quantum Network Hardware Miniaturization 및 Portability의 미래

- 연혁

퀀텀 네트워크는 보안 통신 및 분산 정보 처리의 새로운 시대의 국경을 나타냅니다. 퀀텀 상태를 전송하는 능력은 장거리가 물리 법에 따라 무조건 보안을 약속합니다. 그러나 퀀텀 네트워크의 실제 배포는 생성, 조작 및 퀀텀 신호를 측정하는 하드웨어의 대량 및 fragility에 의해 방해되었습니다. 이 필드 경첩의 미래는 미니멀리즘 및 네트워크의 네트워크의 미래에 대한 기술, 이 응용 프로그램 및 네트워크의 네트워크의 확장에 대한 더 작은 문제, 그리고 더 작은 네트워크의 네트워크의 네트워크의 확장을 탐구합니다. 이 응용 프로그램은 다양한 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 확장을 통해, 더 많은 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 네트워크의 확장을 실현을 실현을 실현을 실현할 수 있습니다.

Miniaturization 및 Portability에 대한 필요

오늘날의 퀀텀 네트워크 테스트는 종종 대형 광학 테이블에 의존하고, 극저온 시스템은 냉장고, 복잡한 레이저 설정의 크기를 나타냅니다. 이러한 인프라는 공간, 전력 및 사용의 용이성이있는 실제 개발 시나리오와 호환됩니다. 소형화는 여러 가지 이유로 필수적입니다.

Field Deployments: 휴대용 양 노드는 전술적인 군 환경에서 배포 될 수 있습니다, 재난 응답 영역, 또는 원격 감지 스테이션.
Cost Reduction: Smaller, mass-producible Components는 연구 기관, 통신 회사 및 정부 기관에 대한 진입 장벽을 낮추는 장벽을 낮춥니다.
Scalability: 컴팩트한 퀀텀 리퍼 또는 라우터는 광 경로에 따라 다량 인프라를 필요로 하지 않고 퀀텀 네트워크를 확장할 수 있습니다.
Classical Systems: Miniaturized quantum Device는 고전적인 네트워킹 장비로 랙을 공유할 수 있으며, 이음매없는 하이브리드 클래식 퀀텀 네트워크를 가능하게 합니다.

핵심 기술 도전

Quantum Coherence 유지

퀀텀 하드웨어는 환경과 상호 작용에 의해 쉽게 붕괴되는 superposition 및 entanglement와 같은 fragile 국가에 의존합니다. 구성 요소는 종종 더 가까이 함께 배치하고, 크로스톡과 디코더의 위험을 증가시킵니다. 예를 들어, on-chip photonics는 원치 않는 photon scattering을 방지하기 위해 파 가이드를 격리해야합니다. 다이아몬드의 질소 공명 (NV) 센터와 같은 고체 쿼 비트는 매우 낮은 자기 소음을 필요로합니다. 연구자들은 재료의 엔지니어링 및 조밀한 기술에 대한 엔지니어링 요소입니다.

환경 소음 및 고립

Quantum 시스템은 온도 변동, 진동 및 전자기 방해에 매우 민감합니다. 휴대용 장치는 제어되지 않은 환경에서 작동해야하며, 실외 또는 전원 라인 근처에 있습니다. 이 요구는 견고한 보호 및 활성 안정화를 요구합니다. 칩 스케일 원자 시계 및 MEMS 기반 진동 절연체의 혁신은 양자 하드웨어에 적합하지만, 희생 성능이 중요한 엔지니어링 도전에 남아없이 작은 패키지로 통합됩니다.

힘과 냉각 필요조건

초전도 퀀빗과 같은 많은 퀀비트 기술에는 밀리켈빈 온도가 필요합니다. 전통적인 희석 냉장고는 크고 힘 걸려 있습니다. 휴대용, 소형 cryocoolers, 또는 실내 온도 퀀텀 시스템 (예 : 포토닉 쿼빗 및 일부 트랩 이온 아키텍처)와 같은 대안 접근 방식을 위해 추구됩니다. 목표는 배터리 작동 또는 작은 발전기와 호환되는 수준으로 전력 소비를 줄일 수 있으며 현장 배포를 가능하게합니다.

Breakthrough 기술 운전 Miniaturization

Photonics 통합

Photonic quantum 네트워크는 비행 쿼 비트로 광을 사용합니다. 레이저, 변조기, 빔 스플리터 및 단일 칩에 단일 광 검출기, 통합 광수는 크기와 복잡성을 감소시킵니다. 실리콘 광수 플랫폼은 기존 반도체 프로세스를 사용하여 대량 제작을 허용합니다. 스타트업 및 연구 그룹은 온칩 인장 소스 및 양자 게이트를 입증했습니다. [[FLT:][[[FLT:]][[[FLT:]]][[FLT:]]][[FLT:]]][FLT:]][FLT:]]]]][[FLT:]]]]]]]]]]][[[[[[[[[[FLT:]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]][[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[

솔리드 스테이트 Qubits

다이아몬드와 실리콘 vacancies의 특히 NV 센터 고체 쿼 비트, 특정 응용 프로그램에 대한 실내 온도에서 안정적인 퀀텀 상태를 제공합니다. 이러한 결함 센터는 얇은 다이아몬드 막 또는 광물 구조와 통합 될 수 있습니다. 다이아몬드 광 기술 칩의 개발은 칩 스케일 제조의 컴팩트 한 NV 센터의 긴 일관성 시간을 결합합니다. 회사는 상업적인 다이아몬드 기반 퀀텀 센서 [FLT]에 작동하고 있습니다.]]]]]]]]

고급 냉각 및 저온

Cryogenic 기술은 큰 희석 냉장고를 넘어 진화하고 있습니다. 컴팩트 한 펄스 튜브 cryocoolers와 cryostats는 큐브 크기 인클로저에 맞는 초연형 온도를 달성했습니다. 이러한 시스템은 여전히 상당한 전력을 필요로하지만 효율성이 향상됩니다. 예를 들어, 연구원들은 가방 크기 인클로저에 맞는 초연형 초연형 초연형 초연형 시스템을 구축했습니다. 이러한 시스템은 여전히 상당한 전력을 필요로하지만 효율성이 향상됩니다. 광기 기반 퀀텀 컴퓨터 및 온도 네트워크의 경우 일부 작동이 가능합니다.

Quantum 오류 수정

Miniaturization은 추가 소음과 불완전을 소개합니다. Quantum 오류 교정 (QEC)은 휴대용 장치에서 불연성 유지에 중요합니다. 표면 코드와 같은 QEC 코드의 사전은 낮은 오버 헤드 구현에 적합합니다. 제어 칩에 직접 오류 수정 논리를 통합하면 부피가 높은 외부 계측이 없이 할당량을 자율적으로 안정화할 수 있습니다. 이것은 신뢰할 수있는 휴대용 퀀텀 노드의 핵심 활성화자입니다.

휴대용 Quantum 네트워크 경로

Quantum 반복기 및 대패

퀀텀 반복기는 광 섬유의 장거리 퀀텀 통신, 들어오는 광 손실에 필수적입니다. 전통적인 반복기는 퀀텀 메모리와 entanglement 스왑을 필요로하며 종종 콜드 원자 트랩 또는 큰 결정에 관련이 있습니다. 칩 스케일 원자 증기 셀 또는 고체 퀀텀 메모리를 사용하는 미니화 된 버전은 개발 중입니다. 휴대용 퀀텀 반복기는 섬유 링크와 함께 킬로미터의 모든 몇 십 분을 배치 할 수 있으며, 대규모 시설 없이 퀀텀 인터넷 스패닝을 가능하게합니다.

칩-스칼 시스템

궁극적인 목표는 모든 필수 퀀텀 네트워킹 기능을 통합하는 것입니다-사진 세대, 조작, 감지, 메모리-하나의 칩 또는 작은 세트 모듈. 시스템에서 칩 퀀텀 송신기의 최근 데모는 ] 단위 광 쌍 소스는 모놀리식 플랫폼 에 모놀리식 플랫폼에 modulators 및 발견자와 결합 될 수 있습니다. 이러한 칩은 컴팩트 한 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈형 모듈

미래 용도

보안 통신

휴대용 퀀텀 키 배포 (QKD) 장치는 이미 시장에서이지만 상대적으로 부피가 유지됩니다. 차세대 소형 QKD 터미널은 휴대 전화, 드론 및 위성에 대한 보안 통신을 가능하게합니다. 예를 들어, 휴대용 퀀텀 임의 번호 생성기 및 송신기는 스마트 폰으로 통합 될 수 있으며, 퀀텀-보안 메시징 앱을 만듭니다. 정부 및 기업은 이벤트 또는 위기 중에 안전한 임시 링크를위한 휴대용 퀀텀 네트워크 노드를 배포 할 수 있습니다.

분산된 Quantum Computing

작은 모듈형 퀀텀 노드는 광 네트워크를 통해 연결될 수 있으며 분산된 퀀텀 컴퓨터를 형성할 수 있습니다. 휴대용 퀀텀 처리 장치(QPUs)는 다른 위치에 배치될 수 있으며 섬유 또는 무료 공간 링크에서 entanglement를 공유할 수 있습니다. 이 아키텍처는 단일 cryostat의 한계를 넘어 스케일링을 허용하고 휴대용 엔드포인트를 가진 퀀텀 클라우드 서비스를 활성화할 수 있습니다.

감각과 Metrology

Quantum 센서는 최소화뿐만 아니라 혜택을 누릴 수 있습니다. 휴대용 entangled 광 근원은 상호 측정 측정, gravitational 파 감지기 또는 자기계를 향상시킬 수 있습니다. 컴팩트 한 퀀텀 센서의 네트워크는 GPS-denied 환경에서 환경 모니터링, 지하 조사, 또는 탐색을 위해 배포 될 수 있습니다. U.S. Defense의 부서는 휴대용 퀀텀 센서 네트워크를 탐구 ] 정밀 타이밍 및 위치.