Giới thiệu

Mạng lưới lượng tử đứng ở biên giới của một kỷ nguyên mới trong giao tiếp an toàn và phân phối thông tin. khả năng truyền tải các trạng thái lượng tử, như các hạt ảnh điện tử, qua các khoảng cách dài hứa hẹn an ninh vô điều kiện dựa trên các định luật vật lý. tuy nhiên, sự phát triển thực tế của mạng lượng tử đã bị cản trở bởi sự rộng lớn và mỏng manh của phần cứng cần thiết để tạo ra, các tín hiệu lượng tử, và các tín hiệu lượng tử. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn về sự phát triển và khả năng nhỏ của mạng lưới lượng tử. làm cho các hệ thống này nhỏ hơn, mạnh hơn, và hoạt động thực tiễn, sẽ mở rộng ra các ứng dụng từ các thiết bị di động để đảm bảo điện thoại di động, cảm nhận các bài báo hiện thời gian, các thiết bị phát triển nhỏ hơn, và các thiết bị dẫn đường dẫn điện tử nhỏ hơn, và các phần mềm năng lượng tử nhỏ hơn, và các phần mềm có khả năng hoạt động của hệ thống lượng tử.

Cần phải thu nhỏ và có khả năng chuyển hóa

Các tấm thử nghiệm mạng lượng tử ngày nay thường chiếm toàn bộ phòng thí nghiệm, dựa vào những bảng quang học lớn, hệ thống đông lạnh kích cỡ của tủ lạnh, và thiết lập laser phức tạp. cơ sở hạ tầng không tương thích với những tình huống không gian, năng lượng và dễ sử dụng là quan trọng. sự thu nhỏ là thiết lập cho một số lý do:

  • Các cuộc triển khai vũ khí:) Các nút lượng tử chuyển động có thể được triển khai trong môi trường quân sự chiến thuật, vùng phản ứng thiên tai, hoặc trạm cảm biến từ xa.
  • Chương trình thu nhỏ ), các thành phần có khả năng tăng cường, giảm trở ngại cho việc nhập viện nghiên cứu, các công ty viễn thông và các cơ quan chính phủ.
  • Khả năng tính toán: Một thiết bị lặp lượng tử nhỏ hoặc bộ định tuyến có thể được đặt dọc theo tuyến sợi quang để mở rộng mạng lưới lượng tử mà không cần thiết phải có cơ sở hạ tầng khổng lồ.
  • Sự kết hợp với hệ thống cổ điển: thiết bị lượng tử nhỏ có thể chia sẻ khung với thiết bị mạng cổ điển, cho phép kết hợp mạng lưới thủy phân cổ điển.

Những thử thách kỹ thuật then chốt

Giữ vững sự tương xứng giữa lượng tử

Phần cứng lượng tử phụ thuộc vào các trạng thái mỏng manh như sự siêu năng lượng và rối loạn, dễ dàng bị phá vỡ bởi các tương tác với môi trường. các thành phần thu nhỏ thường đặt chúng gần nhau hơn, tăng nguy cơ xâm nhập và giảm tốc độ. chẳng hạn, các nhà nghiên cứu về vật liệu điện ảnh phải cô lập các nhóm sóng để ngăn chặn sự phân tán photon không được mong muốn. các khối lượng tử khối lượng hạt đặc, như ở các trung tâm Ni tơ (N) trong kim cương, yêu cầu nhiễu cực kỳ thấp. các nhà nghiên cứu đang phát triển vật liệu tiên tiến và kỹ thuật kỹ thuật để bảo tồn các yếu tố kết hợp trong việc tạo ra các yếu tố nhỏ.

Tiếng ồn và sự cô lập môi trường

Hệ thống lượng tử rất nhạy cảm với sự dao động nhiệt độ, rung động và nhiễu điện từ. Thiết bị điều khiển phải hoạt động trong môi trường không kiểm soát được - vel, ngoài trời hoặc gần đường điện. Điều này đòi hỏi việc bảo vệ mạnh mẽ và ổn định hoạt động. Các cải tiến trong đồng hồ nguyên tử kích hoạt kích thước chip và đồng hồ đo độ sóng MEMS được thích nghi với phần cứng lượng tử, nhưng hòa chúng vào một gói nhỏ không có hiệu suất hy sinh vẫn là một thử thách lớn cho kỹ thuật.

Cần phải có quyền năng và sự làm mát

Nhiều công nghệ kiểu bộ phận quản lý dữ liệu như siêu dữ liệu, đòi hỏi nhiệt độ thượng hạng. Tủ lạnh có độ phân giải truyền thống là lớn và có khả năng hấp thụ năng lượng. Để khả năng chuyển tiếp, cần có các phương pháp khác như máy làm mát co bóp, hoặc thậm chí hệ thống lượng tử ở phòng (v. d., ảnh chụp và một số cấu trúc bị mắc kẹt) đang được theo đuổi. Mục tiêu là giảm mức tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu tiêu dùng điện xuống để thích hợp với hoạt động pin hay máy phát điện nhỏ, khả năng bật.

Thông qua công nghệ đang điều khiển sự nhỏ bé

Ảnh chụp tích hợp

Các mạng lượng tử ảnh chụp dùng photon như là bộ tứ bay. Để tích hợp các máy laser, bộ tách tia, bộ tách tia, và bộ phát hiện một bộ phận đơn, tích hợp điện tử cực đại sẽ giảm đi kích thước và độ phức tạp. Hệ thống quang ảnh Silicon cho phép cấu trúc khối lượng sử dụng các tiến trình bán dẫn bán dẫn đã có. Bắt đầu và các nhóm nghiên cứu đã chứng minh trên các nguồn mạch điện tử và cổng lượng tử. [FL: 0] Tiến bộ trong các mạch điện tử (FT: 1] [FL: 1] cho thấy hệ thống điện tử điện tử [FT: 1] có thể đạt được độ sáng cao như thế trong một vài mẫu vuông.

Trích dẫn chữ hoa/ thường

Các trung tâm này có thể sản xuất trong màng kim cương mỏng hoặc thậm chí hòa hợp với cấu trúc điện ảnh. Sự phát triển của chip điện tử kết hợp thời gian dài của các trung tâm điện tử với độ gọn của các trung tâm kết hợp của các thiết bị định kích cỡ chip. Các công ty đang làm việc trên các cảm biến lượng tử và ký ức [FL: 1] mà phù hợp với ba lô.

Làm mát và đông lạnh cao

Công nghệ tạo ra máy lạnh đang phát triển vượt qua tủ lạnh phân giải lớn. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra hệ thống tạo ra máy lạnh mạch và máy lạnh kết hợp với nhau để chứa các khối lập phương hay các phòng thí nghiệm di động có thể sử dụng được, nhưng vẫn cần có năng lượng đáng kể, nhưng vẫn đang tiếp tục tiến hành hiệu quả. Đối với các máy tính và mạng lượng tử, hoạt động phòng ngủ có thể làm giảm hoàn toàn cần thiết cho một số cấu trúc cấu trúc.

Sửa lỗi lượng tử

Việc thu nhỏ tiến hành nhiễu và bất toàn thêm. Lỗi lượng tử (QEC) là quan trọng để giữ sự chung thủy trong thiết bị di động. Tiến trình trong mã QEC, như mã mặt, đang được điều chỉnh để thực hiện các nút lượng tử có thể chạy được. Lỗi hiệu chỉnh trực tiếp vào chip điều khiển cho phép tự động ổn định định định định định bộ nhớ tạm mà không cần thiết bị phụ tùng. Đây là một chìa khóa hiệu lực cho các nút lượng tử đáng tin cậy.

Đường dẫn tới mạng lượng tử xách tay

Các thiết bị lặp lại lượng tử và tuyến đường

Các thiết bị lặp lại lượng tử là thiết yếu cho giao tiếp lượng tử dài, vượt qua sự mất đi photon trong sợi quang. Các thiết bị lặp lại truyền thống cần thiết trí nhớ lượng tử và trao đổi, thường liên quan đến các bẫy nguyên tử lạnh hoặc tinh thể lớn. Các phiên bản được thu nhỏ bằng tế bào hơi nước phân tử hoặc bộ nhớ lượng tử khối rắn đang được phát triển. Một thiết bị lặp lượng tử di động có thể được đặt mỗi vài chục km dọc theo sợi, cho phép một mạng lưới điện tử xuyên lục địa mà không cần thiết thiết thiết thiết thiết.

Hệ thống định vị chip

Mục tiêu cuối cùng là tích hợp tất cả các chức năng mạng lượng tử quan trọng (thế hệ bằng sóng), thao tác, phát hiện và bộ nhớ - đối với một chip hoặc một tập hợp các mô- đun nhỏ. Các biểu diễn hệ thống theo từng chip cho thấy [FLT: 0] nguồn photon bị rối loạn có thể kết hợp với các bộ điều chỉnh và máy dò (FLT:1). Như vậy chip có thể được gói gọn thành các mô- đun có thể cắm vào các thiết bị mạng chuẩn, tương tự như bộ chuyển đổi quang học ngày nay.

Ứng dụng tương lai

Những cuộc trò chuyện an toàn

Thiết bị phân phối phím lượng tử (QKD) đã được đưa ra thị trường, nhưng vẫn còn khá lớn. Các thiết bị đầu cuối bị đầu cuối bị thiếu dữ liệu cho phép sử dụng an toàn cho điện thoại di động, máy bay không người lái và vệ tinh. Lấy thí dụ, máy phát điện ngẫu nhiên lượng tử có thể được kết hợp vào điện thoại thông minh, tạo một ứng dụng an toàn lượng tử. Chính phủ và doanh nghiệp có thể triển khai các nút di động để kết nối tạm thời hay khủng hoảng.

Tính toán lượng tử phân tán

Các nút lượng tử nhỏ, theo mô- đun có thể liên kết qua mạng điện tử để tạo ra một máy tính lượng tử phân phối. Các đơn vị xử lý lượng tử có thể chuyển tới các vị trí khác nhau, chia sẻ các mối liên kết qua chất xơ hoặc không gian miễn phí. Kiến trúc này cho phép tăng trưởng vượt quá giới hạn của một máy lạnh đơn và cho phép các dịch vụ đám mây lượng tử với các điểm kết thúc di động.

Cảm nhận và nhịp tim

Các cảm biến lượng tử cũng được lợi ích từ việc thu nhỏ. Nguồn photon dính vào nhau có thể cải thiện các đo đạc, dò sóng hấp dẫn, hoặc đo từ quyển. Mạng bộ cảm biến lượng tử gọn gàng có thể được triển khai để kiểm tra môi trường, khảo sát ngầm, hoặc định vị trong môi trường GPS. Bộ bảo vệ [FLT: 0].S. Bộ Quốc Phòng đã khám phá mạng cảm biến lượng tử [FL: 1] để có thời gian và vị trí chính xác.

Kết luận

Sự thu nhỏ và khả năng chuyển hóa của phần cứng mạng lượng tử không chỉ đơn thuần là một tiện ích kỹ thuật; đó là một bước cần thiết để tạo ra giao tiếp lượng tử một công nghệ đa dạng. Bằng cách vượt qua các thách thức trong sự kết hợp, cô lập, và làm mát thông qua các thiết bị quang hợp, điện tử, điện tử, điện tử, và các thiết bị tạo ra điện tích hợp, và cả các ứng dụng cao cấp, các nhà nghiên cứu đang mở đường cho các nút lượng tử có thể sử dụng. thập niên tiếp theo sẽ thấy các phần cứng lượng tử thu hẹp từ các thiết bị cấu trúc phòng lớn hơn, cho phép kết nối, phân phối điện tử, và cảm nhận các ứng dụng và cả hai công ty công dân và bảo vệ công nghệ. Tiếp tục các vật liệu khoa học, và công cụ sản xuất, và công nghệ phức tạp này sẽ được phát triển trong hệ thống định tính toán và công cụ trong tương lai để nhận.