2019-08-21 07:06:02
世界上第一个链路层协议使量子互联网更接近现实

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QuTech的研究人员在量子互联网技术方面取得了世界第一的成功。由Stephanie Wehner教授领导的团队开发了一种所谓的链路层协议,它将量子纠缠现象从实验物理学带到现实世界的量子网络。这使得量子互联网成为现实,提供通过传统互联网无法实现的应用程序的日子更加接近。这项工作今天在ACM SIGCOMM上发布。

在传统计算中,称为网络堆栈的软件层的集合允许计算机彼此通信。网络堆栈的基础是通信协议,例如互联网协议或HTTP。 Stephanie Wehner解释说,网络使用的一个基本协议是链路层协议,它克服了不完美硬件引起的问题:“我们所有人都在日常生活中使用经典的链路层协议。一个例子是Wi-Fi,它允许不可靠无线电信号受到中断和干扰 - 用于在兼容设备之间可靠地传输数据。“

基于量子比特或量子比特的传输的量子网络需要相同水平的可靠性。 Stephanie Wehner说:“在我们的工作中,我们提出了一个量子网络堆栈,并为量子网络构建了世界上第一个链路层协议。”

事实证明,现有的经典协议无法帮助量子世界。所使用的技术之间的差异提出了一个挑战。斯蒂芬妮·韦纳:“目前,量子比特不能长时间保存在内存中。这意味着需要快速控制决策。通过创建这种链路层协议,我们克服了一些非常苛刻的物理障碍所带来的障碍。 “。

未来的量子互联网和我们今天看到的互联网之间也存在一些根本的差异。 Stephanie Wehner说两个量子比特可以被纠缠:“这种纠缠就像一个连接。这与我们通常只发送信号的经典链路层协议的情况非常不同。在这种情况下,没有内置的连接感在基础层面。“

量子互联网

纠缠现象构成了量子互联网的基础。当两个基本粒子缠绕时,它们彼此连接,使得没有其他任何东西可以分享这种连接。研究员Axel Dahlberg表示,这可以实现全新的应用范围“安全性是一个重要的应用。在物理上不可能窃听两个用户之间的纠缠网络连接。再举一个例子,该技术还允许改进时钟同步,或者它可以加入相距很远的天文望远镜,因此它们可以作为一个巨大的单一望远镜。“

研究员Matthew Skrzypczyk表示,所提出的量子网络堆栈和链路层协议的一个重要特征是,使用该协议编写的任何未来软件都将与许多量子硬件平台兼容。 “利用我们的链路层协议的人不再需要知道底层量子硬件是什么。在我们的论文中,我们研究了协议在钻石中氮空位中心的性能,这些中心本质上是小型量子计算机。但是,我们的协议例如,也可以在Ion Traps上实现。这也意味着我们的链路层协议将来可用于许多不同类型的量子硬件。“

构建量子网络系统

Stephanie Wehner表示,下一步将是使用链路层协议测试和演示新的网络层协议:“我们的链路层协议允许我们可靠地在通过直接物理链路(例如电信)连接的两个网络节点之间产生纠缠下一步是在中间节点的帮助下,在光纤不直接连接的网络节点之间产生纠缠。为了实现大规模量子网络,超越物理实验,移动是很重要的。建立量子网络系统。这是欧盟资助的量子互联网联盟(QIA)的目标之一。“

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