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Das US-Energieministerium stellt unter Blaupause für das Quanten-Internet vor ‚Einführung in die Zukunft: Quantum Internet‘ Veranstaltung

Bundesweite Bemühungen, Quantennetzwerke aufzubauen und eine neue Ära der Kommunikation einzuleiten.

(Bild von UChicago.)
Verschränkungsillustration (Bild von UChicago.)

CHICAGO – In einer Pressekonferenz an der Universität von Chicago hat das US-Energieministerium ( DOE ) heute einen Bericht vorgestellt , in dem eine Blaupausenstrategie für die Entwicklung eines nationalen Quanteninternets dargelegt wird, mit der die Vereinigten Staaten an die Spitze des globalen Quanten gebracht werden Rennen und läuten eine neue Ära der Kommunikation ein. Dieser Bericht bietet einen Weg, um die Entwicklung des National Quantum Initiative Act sicherzustellen, derim Dezember 2018 von Präsident Trump gesetzlich unterzeichnet wurde.

Auf der ganzen Welt baut Konsens darüber , dass ein Systemmechanik eine der wichtigsten technologischen Grenzen der repräsentiert mit Quanten zu kommunizieren 21 st Jahrhunderts. Wissenschaftler glauben nun, dass der Bau eines Prototyps in den nächsten zehn Jahren in greifbare Nähe rücken wird.

Im Februar dieses Jahres trafen sich DOE National Laboratories, Universitäten und Industrie in New York City, um die Blaupausenstrategie eines nationalen Quanteninternets zu entwickeln, die wesentlichen Forschungsergebnisse darzulegen, die technischen und gestalterischen Hindernisse zu beschreiben und kurzfristige Ziele festzulegen .

“ Das Energieministerium ist stolz darauf, eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des nationalen Quanteninternets zu spielen“, sagte US-Energieminister Dan Brouillette.„ Durch diese neue und aufkommende Technologie Konstruktion setzt die Vereinigten Staaten mit ihrem Engagement unserer Quanten Fähigkeiten zu erhalten und auszubauen.“

Die 17 National Laboratories von DOE werden das Rückgrat des kommenden Quanteninternets bilden, das sich auf die Gesetze der Quantenmechanik stützen wird, um Informationen sicherer als je zuvor zu steuern und zu übertragen. Das Quanten-Internet befindet sich derzeit in der Anfangsphase seiner Entwicklung und könnte zu einem sicheren Kommunikationsnetz werden und tiefgreifende Auswirkungen auf Bereiche haben, die für Wissenschaft, Industrie und nationale Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind.

In der Region Chicago, die zu einem der weltweit führenden Zentren für Quantenforschung geworden ist, sind bereits entscheidende Schritte zum Aufbau eines solchen Internets im Gange. Im Februar dieses Jahres verwickelten Wissenschaftler des Argonne National Laboratory des DOE in Lemont, Illinois, und der University of Chicago Photonen über eine Länge von 52 Meilen„ Quanten Schleife“ in den Vororten von Chicago, erfolgreich zur Gründung einer der längsten landbasierten Quantennetzwerke in der Nation. Dieses Netzwerk wird in Kürze mit dem Fermilab von DOE in Batavia, Illinois, verbunden und ein Prüfstand mit drei Knoten und einer Länge von 80 Meilen eingerichtet.

“ Die kombinierte intellektuelle und technologische Führung der University of Chicago, Argonne und Fermilab hat Chicago eine zentrale Rolle im globalen Wettbewerb um die Entwicklung von Quanteninformationstechnologien eingeräumt“, sagte Robert J. Zimmer, Präsident der University of Chicago.„ Diese Arbeit beinhaltet die Definition und den Aufbau völlig neue Bereiche der Studie, und mit ihnen neue Grenzen für technologische Anwendungen, die die Lebensqualität für viele auf der ganzen Welt verbessern und die langfristige Wettbewerbsfähigkeit unserer Stadt, Staat und Nation unterstützen . ”

David Awschalom, Physiker an der UChicago und am Argonne National Laboratory, überprüft Daten aus einem Quanteninformationsexperiment mit Doktoranden in seinem Labor.  (Bild von UChicago.)
David Awschalom, Physiker an der UChicago und am Argonne National Laboratory, überprüft Daten aus einem Quanteninformationsexperiment mit Doktoranden in seinem Labor. (Bild von UChicago.)

 „ Argonne, Fermilab und der University of Chicago haben eine lange Geschichte der Zusammenarbeit Technologie zu beschleunigen , dass Laufwerke US Wohlstand und Sicherheit“ , sagte Argonne Direktor Paul Kearns.„ Wir setzen diese Tradition fort , indem sie die Herausforderungen der Bewältigung eine nationale Quanten Internet Gründung, unsere Zusammenarbeit zu tippen in die große Macht der amerikanischen Wissenschaftler und Ingenieure im ganzen Land zu erweitern.“

“ Wenn wir in Jahrzehnten auf die Anfänge des Quanteninternets zurückblicken, können wir sagen, dass sich die ursprünglichen Verbindungspunkte hier in Chicago befanden – in Fermilab, Argonne und an der Universität von Chicago“, sagte Nigel Lockyer, Direktor von Fermilab.„ Im Rahmen eines bestehenden wissenschaftlichen Ökosystem, die DOE sind National Laboratories in der besten Position , um diese Integration zu erleichtern.“

Eine Reihe einzigartiger Fähigkeiten

Eines der Kennzeichen von Quantenübertragungen ist, dass sie äußerst schwierig zu belauschen sind, wenn Informationen zwischen Orten übertragen werden. Wissenschaftler planen, dieses Merkmal zu nutzen, um praktisch nicht hackbare Netzwerke zu erstellen. Zu den Frühanwendern könnten Branchen wie Bank- und Gesundheitsdienste mit Anträgen auf nationale Sicherheit und Flugzeugkommunikation gehören. Letztendlich könnte der Einsatz von Quantennetzwerktechnologie in Mobiltelefonen weitreichende Auswirkungen auf das Leben von Menschen auf der ganzen Welt haben.

Ein Fermilab-Ingenieur arbeitet an der Elektronik für Quanten-Internet-Detektoren.  (Bild von Fermilab.)
Ein Fermilab-Ingenieur arbeitet an der Elektronik für Quanten-Internet-Detektoren. (Bild von Fermilab.)

Wissenschaftler untersuchen auch, wie das Quanteninternet den Austausch großer Datenmengen beschleunigen könnte. Wenn die Komponenten kombiniert und skaliert werden können, steht die Gesellschaft laut dem Bericht möglicherweise kurz vor dem Durchbruch in der Datenkommunikation.

Schließlich könnten Ingenieure durch die Schaffung von Netzwerken hochempfindlicher Quantensensoren Erdbeben besser überwachen und vorhersagen – ein langjähriges und schwer fassbares Ziel – oder nach unterirdischen Lagerstätten von Öl, Gas oder Mineralien suchen. Solche Sensoren könnten auch im Gesundheitswesen und in der Bildgebung Anwendung finden.

Eine Anstrengung mit mehreren Labors und Institutionen

Die Erstellung eines vollwertigen Prototyps eines Quanteninternets erfordert eine intensive Koordination zwischen den US-Bundesbehörden – einschließlich DOE , der National Science Foundation, dem Verteidigungsministerium, dem Nationalen Institut für Standards und Technologie, der Nationalen Sicherheitsagentur und der NASA – sowie National Laboratorien, akademische Einrichtungen und Industrie.

Der Bericht legt wichtige Forschungsziele fest, einschließlich des Aufbaus und der anschließenden Integration von Quantennetzwerkgeräten, des Fortbestehens und Weiterleitens von Quanteninformationen und der Korrektur von Fehlern. Um das landesweite Netzwerk einzurichten, gibt es vier wichtige Meilensteine: Überprüfen Sie sichere Quantenprotokolle über vorhandene Glasfasernetzwerke, senden Sie verschränkte Informationen über Standorte oder Städte hinweg, erweitern Sie die Netzwerke zwischen Städten und erweitern Sie sie schließlich mithilfe von Quanten zwischen Staaten„ Repeatern“ zu amplifizieren Signale.

Das Energieministerium des Wissenschaftsministers Paul Dabbar und der Wissenschaftler und Führungskräfte von Argonne und UChicago diskutieren über die Quantenverschränkung entlang der Quantenschleife von Argonne, einem 52-Meilen-Glasfaserprüfstand für die Quantenkommunikation in den Vororten von Chicago.  (Bild von Argonne National Laboratory.)
Das Energieministerium des Wissenschaftsministers Paul Dabbar und der Wissenschaftler und Führungskräfte von Argonne und UChicago diskutieren über die Quantenverschränkung entlang der Quantenschleife von Argonne, einem 52- Meilen-Glasfaserprüfstand für die Quantenkommunikation in den Vororten von Chicago. (Bild von Argonne National Laboratory.)

“ Die Grundlage für Quantennetzwerke beruht auf unserer Fähigkeit, Materie auf atomarer Ebene präzise zu synthetisieren und zu manipulieren, einschließlich der Kontrolle einzelner Photonen“, sagte David Awschalom, Liew-Familienprofessor für Molekulartechnik an der Pritzker School of Molecular Engineering der Universität Chicago. leitender Wissenschaftler am Argonne National Laboratory und Direktor der Chicago Quantum Exchange.„ Unsere National Laboratories Haus Einrichtungen von Weltklasse zu Bildmaterialien mit subatomarer Auflösung und state-of-the-art – Supercomputern , ihr Verhalten zu modellieren. Diese leistungsstarken Ressourcen sind entscheidend, um den Fortschritt in der Quanteninformationswissenschaft und -technik zu beschleunigen und dieses sich schnell entwickelnde Feld in Zusammenarbeit mit akademischen und Unternehmenspartnern zu führen. “

„ Zusätzlich zu unserer Zusammenarbeit mit der University of Chicago arbeitet Fermilab mit Argonne, Caltech, der Northwestern University und Technologie-Startups zusammen, um die Architektur zu entwickeln und schrittweise Quantenkommunikationsknoten in der Stadt Chicago bereitzustellen und zu verbinden. In Kürze werden wir mit dieser zweiten Gruppe von Mitarbeitern Daten über ein Metropolen-Netzwerk teleportieren “, sagte Panagiotis Spentzouris, Leiter der Quantenprogramme bei Fermilab.„ Dieser Plan ist wichtig , uns zu sagen , wie wir dies aus bundesweit bauen.“

Andere nationale Laboratorien treiben ebenfalls Fortschritte bei der Quantenvernetzung und verwandten Technologien voran. Beispielsweise haben die Stony Brook University und das Brookhaven National Laboratory in Zusammenarbeit mit dem Energy Sciences Network des DOE mit Sitz im Lawrence Berkeley National Laboratory einen 80- Meilen-Quantennetzwerk-Prüfstand eingerichtet und bauen ihn im Bundesstaat New York und in Oak Ridge aktiv aus und Los Alamos National Laboratories. Andere Forschungsgruppen konzentrieren sich auf die Entwicklung eines Quantenkryptografiesystems mit hochsicheren Informationen.Das Argonne National Laboratory sucht nach Lösungen für drängende nationale Probleme in Wissenschaft und Technologie. Argonne ist das erste nationale Labor des Landes und betreibt in nahezu allen wissenschaftlichen Disziplinen Spitzenforschung und angewandte wissenschaftliche Forschung. Argonne-Forscher arbeiten eng mit Forschern aus Hunderten von Unternehmen, Universitäten sowie Bundes-, Landes- und Kommunalbehörden zusammen, um ihnen bei der Lösung ihrer spezifischen Probleme zu helfen, die wissenschaftliche Führung Amerikas voranzutreiben und die Nation auf eine bessere Zukunft vorzubereiten. Mit Mitarbeitern aus mehr als 60 Nationen wird Argonne von UChicago Argonne, LLC für das Office of Science des US-Energieministeriums verwaltet .Das Office of Science des US-Energieministeriums ist der größte Befürworter der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften in den USA und arbeitet daran, einige der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit anzugehen. Weitere Informationen finden Sie unter https: // ener gy .gov / s c ience .


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