Introduksiyon

Ang Quantum networking ay nakatayo sa hangganan ng isang bagong panahon sa ligtas na komunikasyon at pamamahagi ng impormasyon. Ang kakayahan upang maghatid ng mga estadong quantum, tulad ng mga nakasalabid na photon, sa mga malalayong distansiya ay nangangako ng walang kondisyong seguridad batay sa mga batas ng pisika. Gayunpaman, ang praktikal na pag-iinam ng mga quantum network ay nahadlangan ng malaki at harmoniya ng mga hardware na kinakailangan upang lumikha, mag-apula, at sukatin ang mga hudyat na quantum. Ang hinaharap ng field na ito ay nakasalalay sa miniaturization at portable ng mga hard. Ang mga sistemang ito ay gumagawa ng mas maliit na mga entrcanized na entrentrentrent. Ang mga entrentrentrentrentrentrent. Ang mga sistemang pang-up ay material na mga entrcanized na ito ay mag-inment na mga ential na mga ential na mga entrcanized na mga entrcan upang ma-in, at mga entialized na mga entrified.

Ang Pangangailangan Para sa Pag - iingat at Pagiging Magkabahagi

Ang mga testbed ng quantum network sa ngayon ay kadalasang sumasakop sa buong mga silid ng laboratoryo, na umaasa sa malalaking mga mesang optikal, mga sistemang cryogenic na kasinlaki ng mga refrigerator, at komplikadong laser setup. Ang gayong imprastraktura ay hindi tugma sa real-world deposition na mga senaryo kung saan ang espasyo, kapangyarihan, at madaling paggamit ay kritikal. ang Miniaturization ay mahalaga sa ilang mga kadahilanan:

  • Field Deployments: Ang Portable quantum nodes ay maaaring gamitin sa mga practical militar na kapaligiran, mga sona ng pagtugon ng sakuna, o mga remote sensing station.
  • Cost Reduction: Ang mas maliit, maramihan-producibleng mga bahagi ay nagpapababa ng hadlang sa pagpasok ng mga institusyong pang-saliksikan, mga kompanyang telecom, at mga ahensiya ng pamahalaan.
  • [[T:] Ang isang siksik na quantum reaper o storyr ay maaaring ilagay sa kahabaan ng mga rutang fiber optic upang mapalawak ang mga network na quantum nang hindi nangangailangan ng malawakang imprastraktura.
  • Integration with Classical Systems: Ang mga miniaturisadong mga aparatong quantum ay maaaring magsalo ng mga rack na may mga klasikong networking na kagamitan, na nakapagdurulot ng mga klasikong hybrid-quantum network.

Mga Susing Hamon sa Technical

Pagpapanatili ng Katayuan ng Quantum

Ang Quantum hardware ay umaasa sa mga delikadong estado tulad ng superposition at bestructment, na madaling nai-publish ng mga interaksiyon sa kapaligiran. ang miniaturizing mga bahagi ay kadalasang naglalagay sa mga ito na mas malapit sa isa't isa, na nagpapataas sa panganib ng crosslink at decohence. Halimbawa, on-chip photonics ay dapat na magbukod ng mga waveguide upang maiwasan ang hindi kanais-nais na photon spiral. ang mga seol-stance qubits, tulad ng mga nasa nitrogen-vacen (NV) center sa diyamante, na nangangailangan ng labis na mababang magnetic researcher.

Ingay sa Kapaligiran at Pagbukod

Ang mga sistemang Quantum ay lubhang sensitibo sa mga pagbabago ng temperatura, pagyanig, at elektromagnetikong interbensiyon. ang mga kasangkapang Portable ay dapat gumana sa hindi makontrol na mga kapaligirang feivehikulo, labas ng bahay, o malapit sa mga linya ng kuryente.[kailangan ng] malalakas na pananggalang at aktibong saksakilisasyon. Ang mga innovancement sa chip-scale atomic clocks at MEMS-based vibration isolators ay naiangkop para sa quantum hardware, ngunit ang mga ito ay nag-incanalisake sa isang malaking hamon sa inhenyertibatasyon.

Kapangyarihan at mga Kahilingan sa Pagpapalamig

Maraming mga teknolohiyang qubit, tulad ng superconducting qubits, ay nangangailangan ng mga temperaturang milikelvin. Ang mga tradisyonal na repinasyong refrigerator ay malaki at kuryente-hungry. para sa portable, alternatibong mga paraan tulad ng compact cryocoolars, o kahit na ang mga silid-temperature quantum systems (e.g., photonic qubits at ilang mga arkitekturang nabitag-ion), ay tumutuon na tumutuon.Ang tunguhin ay ang pagbabawas ng pagkonsumo ng kuryente upang maayon sa mga antas ng mga baterya o maliliit na mga generator, na maaaring mag-e - produkorsyon.

Paghihiwalay sa Pamamagitan ng mga Teknologo na Nagsusulong ng Miniaturisasyon

Integrated Photonics

Ang mga photonic quantum network ay gumagamit ng mga photon bilang flying qubits. Sa pamamagitan ng pagsasama ng mga laser, moduktor, beam splitter, at mga nag-iisang-photon detector sa isang chip, ang mga integrated photonics ay lubhang binabawasan ang laki at kasalimuutan. Ang Silicon photonics platforms, halimbawa, ay pumapayag sa maramihang pag-imbento gamit ang umiiral na semiconductor na mga proseso. Ang mga cultup at mga grupo sa pananaliksik ay nakapagpakita ng mga-chipbloud na mga mapagkukunan at mga pintuan ng quantum. [[0T:0] Ang mga spancescancepscanceps sa mga transaksyon ay maaaring makagawa ng ilang mga sistemang quanc.

Matigas-State Qubits

Ang mga solidong-state qubits, partikular na ang NV centers sa mga diyamante at silicon vacancies, ay nag-aalok ng matatag na mga estadong quantum sa temperatura ng silid para sa ilang mga aplikasyon. Ang mga sentrong diperensiyang ito ay maaaring gawin sa manipis na mga lamad ng diyamante o kahit na nauugnay sa mga istrakturang photonic. Ang pagbuo ng mga photonic chip ng brilyante ay nagsasama ng mahabang mga combinence time ng NV centers at ang pagiging siksik ng chip-scale.Ang mga CCOPCOPCOPCOPCCE ay gumagana sa commercial na mga sensor ng NT.

Pasulong na Paglamig at Pag - iyak

Ang teknolohiyang cryogenic ay nag-evolve nang lampas pa sa mga malalaking referation reprigator. compact pulse-tube cryocoolers at cryostats na dinisenyo para sa mga cubesat o nabibitbit na labe ay ngayon ay nagkamit ng sub-kelvin na temperatura sa isang pragmento. halimbawa, ang mga mananaliksik ay nakagawa ng isang nabibitbit na crynogenic system para sa superconducting qubits na angkop sa isang cafesh-sized kulong kulong.[kailangan ng mga sistemang ito ay patuloy pa rin sa kahusayan. para sa photonic-incium at quantum at ang mga network, ang mga equiture ay ang mga spesclectionsclecleclecleclecleclecleclecleclectures.

Pagkakamali sa Quantum

Ang miniaturisasyon ay nagpapakilala ng karagdagang ingay at di kasakdalan. Ang Quantum error reflection (QEC) ay mahalaga para sa pagpapanatili ng katapatan sa mga nabibitbit na aparato. Ang mga pagsulong sa QEC codes, tulad ng mga pang-ibabaw na kodigo, ay iniangkop para sa mga low-overhead na pagpapatupad. Ang integrated error refructory logic sa control chips ay pumapayag ng autonomous trailization ng mga qubits nang walang maramihang panlabas na instrumentation.Ito ay isang susing sapat para sa maaasahang quantum nodes.

Landas Patungo sa Portable Quantum Networks

Mga Kenttum na Paulit - ulit na Naglalakad at mga Route

Ang mga quantum reverning ay mahalaga para sa long-distansiya quantum communication, overcoming photon local fibers. Ang mga tradisyonal na replecter ay nangangailangan ng mga alaalang quantum at bloopment exchangeing, na kadalasang kinasasangkutan ng malamig na mga bitag ng atomo o malaking kristal. Miniaturized na mga bersyon gamit ang chip-scale atomic vap cells o solidong mga mettum memory ay nasa ilalim ng pag-unlad. Ang isang porstinableng quantum reverseinter ay maaaring ilagay sa bawat ilang mga ilang sampu ng kilometro sa kahabaan ng isang fiber link, na nagreduced ng isang mga kontinenteng quantum na hindi nangangailangan ng malalaking pasilidad.

Mga Sistema ng Chip-Scale

Ang sukdulang tunguhin ay ang pagsamahin ang lahat ng mahalagang mga tungkuling quantum networking feediphoton generation, manipulasyon, pagtutop, at memoryaixinto isang chip o isang maliit na set ng mga module. Ang mga kamakailang pagtatanghal ng mga system-on-chip quantum transmitters ay nagpapakita na Ang mga entlengled photon coup ay maaaring i-pwersa ng mga moduktor at mga detektor sa isang monogenic platform[. Ang gayong mga chip ay maaaring i-up na mga stagrampoink na aparatong pang-composegramoid sa pamantayangic na katulad ng mga kasangkapanggg networking, na katulad ng mga transiment.

Mga Pakinabang sa Hinaharap

Matatag na Komunikasyon

Ang mga portuble quantum key distribution (QKD) na mga aparato ay nasa merkado na, ngunit ang mga ito ay nananatiling halos maramihan. Ang mga susunod na-generation miniaturized QKD terminal ay makakatulong upang magkaroon ng matatag na komunikasyon para sa mga mobile phone, drone, at satellites. Halimbawa, ang mga handcond quantum na mga numerong generator at transmitter ay maaaring ma-increcord sa mga smartphonephone, na lumilikha ng isang quantum-ficitual na pag-canking app. Ang mga pamahalaan at mga negosyo ay maaaring mag-set ng mga portable network na mga network noded para sa mga pansamantalang mga link sa panahon ng mga pangyayari o krisis.

Ipinamamahaging Pagpupuslit ng Quantum

Maliit, ang modular quantum nodes ay maaaring i-ugnay sa pamamagitan ng mga photonic network upang bumuo ng isang ipinamamahaging quantum computer. Portable quantum processing units (QPUs) ay maaaring ilagay sa iba't ibang lokasyon, ibahagi ang pag-aalsa sa fiber o free-space links. Ang arkitekturang ito ay pumapayag sa pag-ikot na lampas sa isang limitasyon ng cryostat at kaya ang mga serbisyo ng quantum ulap na may nabibitbit na mga endpoint.

Pagkadama at Pagkahibang sa Metro

Ang mga sensor na Quantum ay nakikinabang din sa miniaturization. Portable clustered photon resources ay maaaring mapabuti ang interferometric measure, gravity wave detector, o magnetometers. Networks of compact quantum sensors ay maaaring magamit para sa pag-secure ng environmental quantum networks, o nabigasyon sa GPS-denied environmentals.[1] Ang Department of Defense ay nag-eksekseksplorplorriba ng mga portableng mga network ng quantum sensor para sa prespekwensiya at entrsyon.

Pagsasaayos

Ang miniaturization at portable ng quantum network hardware ay hindi lamang isang inhenyeriyang kaginhawaan; ito ay isang kinakailangang hakbang upang makagawa ng isang malawakang teknolohiyang quantum communication. Sa pamamagitan ng pag-aalsa ng mga hamon sa coholence, pagbubukod, at paglamig sa pamamagitan ng integrated photonics, ang mga composition na threadypture ay nagresultang daan para sa field-deployable quantum nodedes. Ang susunod na dekada ay malamang na makikita ang mga quantum network hardwers na pag-screasys mula sa mga inst-sized na mga aparatong walang ential na mga compositions na stabilifromant na may stabilidad, ang isang-s, ang isang-s, ang mga stabiligang-s, na may kakayahang magkaroon ng mga field-de na mga field-deng pang-deng pang-debolid, na mga impormasyon, na magagamit, na magagamit, na magagamit ng mga impormasyon at mga sent