美国能源部公布量子互联网蓝图

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伊利诺伊州芝加哥-美国能源部(DOE)今天在芝加哥大学举行的新闻发布会上公布了一份报告，该报告列出了国家量子互联网发展的蓝图战略，将美国带入全球量子竞赛的前沿，并开启了通信的新纪元。这份报告为确保国家量子倡议法案的发展提供了一条途径，该法案于2018年12月由特朗普总统签署成为法律。

在世界各地，使用量子力学进行通信的系统代表着21世纪最重要的技术前沿之一，这一共识正在形成。科学家们现在认为，在接下来的十年里，原型的建造将触手可及。

今年2月，美国能源部国家实验室、大学和产业界在纽约市举行会议，制定国家量子互联网的蓝图战略，规划要完成的基本研究，描述工程和设计障碍，并制定近期目标。

美国能源部部长丹·布劳莱特(Dan Brouillette)表示：“能源部为能在国家量子互联网的发展中发挥重要作用而感到自豪。”通过建造这项新的新兴技术，美国继续致力于保持和扩大我们的量子能力。“。

能源部的17个国家实验室将作为即将到来的量子互联网的骨干，量子互联网将依靠量子力学定律比以往任何时候都更安全地控制和传输信息。目前，量子互联网正处于发展的初级阶段，可能成为一种安全的通信网络，并对科学、工业和国家安全的关键领域产生深远影响。

芝加哥地区已经采取了建立这样一个互联网的关键步骤，该地区已经成为全球领先的量子研究中心之一。今年2月，美国能源部位于伊利诺伊州莱蒙特的阿贡国家实验室和芝加哥大学的科学家们在芝加哥郊区将光子纠缠在一个52英里长的“量子环路”上，成功地建立了美国最长的陆基量子网络之一。该网络将很快与能源部位于伊利诺伊州巴达维亚的费米实验室连接，建立一个三节点、80英里长的试验台。

芝加哥大学(University of Chicago，Argonne)校长罗伯特·J·齐默(Robert J.Zimmer)说，“芝加哥大学阿贡分校(University of Chicago，Argonne)和费米实验室(Fermilab)在智力和技术方面的领先地位相结合，使芝加哥在开发量子信息技术的全球竞争中发挥了核心作用。”这项工作需要定义和建立全新的研究领域，以及随之而来的技术应用的新领域，这些领域可以改善世界各地许多人的生活质量，并支持我们城市、州和国家的长期竞争力。“

Argonne主任Paul Kearns说：“Argonne、Fermilab和芝加哥大学在合作加速推动美国繁荣和安全的技术方面有着悠久的历史。”“我们延续了这一传统，应对了建立国家量子互联网的挑战，扩大了我们的合作，以利用美国科学家和工程师在全国各地的巨大力量。”

费米实验室主任奈杰尔·洛克耶(Nigel Lockyer)表示：“几十年后，当我们回顾量子互联网的开端时，我们将能够说，最初的连接点在芝加哥--在费米实验室、阿贡和芝加哥大学。”作为现有科学生态系统的一部分，能源部国家实验室处于促进这种整合的最佳位置。“。

量子传输的特点之一是，当信息在不同地点之间传递时，它们极难被窃听。科学家们计划利用这一特性来制造几乎不会被黑客入侵的网络。早期采用者可能包括银行和医疗服务等行业，申请国家安全和飞机通信。最终，在移动电话中使用量子网络技术可能会对世界各地个人的生活产生广泛影响。

科学家们还在探索量子互联网如何加快海量数据的交换。根据这份报告，如果这些组件能够组合和扩展，社会可能正处于数据通信突破的边缘。

最后，创建超灵敏量子传感器网络可以让工程师更好地监测和预测地震-这是一个长期而难以捉摸的目标-或者搜索地下石油、天然气或矿物矿藏。这样的传感器还可以在医疗保健和成像方面有应用。

创建一个成熟的量子互联网原型将需要美国联邦机构-包括能源部、国家科学基金会、国防部、国家标准与技术研究所、国家安全局和美国国家航空航天局-以及国家实验室、学术机构和行业之间的密切协调。

该报告列出了关键的研究目标，包括建立并整合量子网络设备，永久保存和路由量子信息，以及纠正错误。然后，要使全国范围的网络到位，有四个关键里程碑：验证现有光纤网络上的安全量子协议，跨校园或城市发送纠缠信息，扩展城市之间的网络，最后在州之间扩展，使用量子“中继器”放大信号。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院刘氏家族分子工程教授、阿贡国家实验室资深科学家、芝加哥量子交易所主任戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)说，“量子网络的基础在于我们在原子尺度上精确合成和操纵物质的能力，包括对单个光子的控制。”我们的国家实验室拥有世界级的设备，可以用亚原子分辨率对材料进行成像，并有最先进的超级计算机来模拟它们的行为。这些强大的资源对于加速量子信息科学和工程的进步，以及与学术和企业伙伴合作引领这一快速发展的领域至关重要。“

除了我们与芝加哥大学的合作外，Fermilab还与Argonne、加州理工、西北大学和科技初创公司合作开发该架构，并在整个芝加哥市逐步部署和连接量子通信节点。不久之后，随着第二组合作者的加入，我们将通过城域网传送数据。“费米实验室量子项目负责人帕纳乔蒂斯·斯宾特祖里斯(Panagiotis Spentzouris)说。“这份蓝图对于告诉我们如何在全国范围内建设这一项目非常重要。”

其他国家实验室也在推动量子网络和相关技术的进步。例如，石溪大学和布鲁克海文国家实验室与总部设在劳伦斯伯克利国家实验室的能源部能源科学网络合作，建立了一个80英里长的量子网络试验台，并正在纽约州以及橡树岭和洛斯阿拉莫斯国家实验室积极扩展。其他研究小组专注于开发具有高度安全信息的量子密码系统。