AS meletakkan dasar untuk web kuantum

AS meletakkan dasar untuk internet kuantum

Pada 1960-an, pemerintah AS mendanai serangkaian percobaan yang mengembangkan teknik untuk mengirim kembali informasi dari satu komputer ke komputer lain. Perangkat dalam satu lab tumbuh koneksi, kemudian lab tetangga terhubung. Segera jaringan itu berkembang di antara lembaga-lembaga penelitian di seluruh negeri, menetapkan akar apa yang akan menjadi web dan mengubah selamanya cara orang menggunakan informasi. Sekarang, 60 tahun kemudian, Departemen Energi bertujuan untuk melakukannya lagi.

Itu Truf permintaan anggaran administrasi 2021 – saat ini sedang dipertimbangkan oleh Kongres – mengusulkan memangkas dana keseluruhan untuk penelitian ilmiah hampir 10% tetapi meningkat pengeluaran untuk ilmu informasi kuantum sekitar 20%, menjadi $ 237 juta. Dari itu, DOE telah meminta $ 25 juta untuk mempercepat pengembangan web kuantum. Jaringan semacam itu akan memanfaatkan perilaku berlawanan dari partikel-partikel alam untuk memanipulasi dan berbagi informasi dengan cara yang sepenuhnya baru, dengan potensi untuk menemukan kembali bidang-bidang termasuk keamanan dunia maya dan ilmu materials.

Sementara web tradisional untuk penggunaan umum tidak ke mana-mana, jaringan kuantum akan menawarkan keuntungan yang menentukan untuk aplikasi tertentu: Para peneliti dapat menggunakannya untuk mengembangkan obat dan bahan dengan mensimulasikan perilaku atom pada komputer kuantum jaringan, misalnya, dan lembaga keuangan dan pemerintah akan mendapat manfaat dari cybersecurity tingkat berikutnya. Banyak negara sedang mengejar program penelitian kuantum, dan dengan proposal anggaran 2021, administrasi Trump berupaya untuk meningkatkan upaya itu.

"Tingkat pendanaan itu akan memungkinkan kita untuk mulai mengembangkan landasan untuk jaringan kuantum yang canggih, praktis dan berdampak tinggi," kata David Awschalom, seorang insinyur kuantum di College of Chicago. "Ini penting dan sangat penting."

Web kuantum akan berkembang dalam kesesuaian dan permulaan, seperti yang dilakukan dan terus dilakukan web tradisional. China telah merealisasikan aplikasi awal, enkripsi kuantum, di antara kota-kota tertentu, tetapi jaringan kuantum sepenuhnya yang mencakup seluruh negara akan memakan waktu puluhan tahun, kata para ahli. Membangunnya akan membutuhkan rekayasa ulang setara kuantum dari router, onerous drive, dan komputer dari bawah ke atas – pekerjaan dasar sudah berjalan hari ini.

Ilmu di balik web kuantum

Ketika lalu lintas web fashionable dalam bit mengalir antara komputer klasik (kategori yang sekarang mencakup ponsel pintar, pill, pengeras suara dan termostat), sebuah web kuantum akan membawa unit informasi yang secara elementary berbeda yang dikenal sebagai bit kuantum, atau qubit.

Bit semua bermuara pada kejadian peristiwa paling sederhana di alam — pertanyaan dengan jawaban ya atau tidak. Chip komputer memproses video kucing dengan menghentikan beberapa arus listrik sambil membiarkan yang lain mengalir. Onerous drive menyimpan dokumen dengan mengunci magnet di posisi naik atau turun.

Qubit mewakili bahasa yang berbeda sama sekali, yang didasarkan pada perilaku atom, elektron, dan partikel lainnya, objek yang diatur oleh aturan aneh mekanika kuantum. Objek-objek ini menghasilkan lebih banyak cairan dan kehidupan yang tidak pasti daripada rekan-rekan mereka yang kaku dalam komputasi klasik. Magnet onerous drive harus selalu mengarah ke atas atau ke bawah, misalnya, tetapi arah elektron tidak dapat diketahui sampai diukur. Lebih tepatnya, elektron berperilaku sedemikian rupa sehingga menggambarkan orientasinya memerlukan konsep yang lebih kompleks – dikenal sebagai superposisi – yang melampaui label langsung "naik" atau "turun".

Partikel kuantum juga dapat disatukan bersama dalam hubungan yang disebut keterjeratan, seperti ketika dua foton (partikel cahaya) bersinar dari sumber yang sama. Pasangan partikel terjerat berbagi ikatan intim mirip dengan hubungan antara dua wajah koin – ketika satu wajah menunjukkan kepala yang lain menampilkan ekor. Namun, tidak seperti koin, partikel-partikel terjerat dapat melakukan perjalanan jauh satu sama lain dan mempertahankan koneksi mereka.

Ilmuwan mengembangkan web 2.0

Ilmu informasi kuantum menyatukan fenomena ini dan lainnya, menjanjikan sebuah novel, cara yang lebih kaya untuk memproses informasi – analog dengan berpindah dari grafik 2-D ke 3-D, atau belajar menghitung dengan desimal, bukan hanya bilangan bulat. Perangkat kuantum yang fasih dalam bahasa asli alam dapat, misalnya, kemampuan ilmuwan yang sangat mahal untuk merancang bahan dan obat dengan meniru struktur atom baru tanpa harus menguji sifat-sifat mereka di laboratorium. Keterikatan, tautan halus yang dihancurkan oleh gangguan eksternal, dapat menjamin bahwa koneksi antar perangkat tetap pribadi.

Tetapi mukjizat-mukjizat semacam itu tetap bertahun-tahun hingga beberapa dekade lamanya. Baik superposisi dan keterikatan adalah kondisi rapuh yang paling mudah dipertahankan pada suhu dingin di dalam mesin yang tetap terisolasi sempurna dari kekacauan dunia luar. Dan ketika para ilmuwan komputer kuantum mencari cara untuk memperluas kendali mereka atas jumlah partikel yang lebih banyak, para peneliti web kuantum sedang mengembangkan teknologi yang dibutuhkan untuk menghubungkan kumpulan partikel tersebut bersama-sama.

Inside prototipe komputer kuantum dikembangkan oleh IBM. Sementara berbagai kelompok berlomba membangun komputer kuantum, peneliti Departemen Energi mencari cara untuk menghubungkan mereka bersama.

IBM

Sama seperti yang terjadi pada 1960-an, DOE sekali lagi menabur benih untuk jaringan masa depan di laboratorium nasionalnya. Di bawah pinggiran Chicago barat terletak kebohongan 84 mil dari serat optik membentang dalam dua loop dari Argonne Nationwide Laboratory. Awal tahun ini, Awschalom mengawasi percobaan sukses pertama sistem. "Kami menciptakan keadaan cahaya terjerat," katanya, "dan mencoba menggunakannya sebagai kendaraan untuk menguji bagaimana keterjeratan bekerja di dunia nyata – bukan di laboratorium – berjalan di bawah jalan tol Illinois."

Ayunan suhu harian menyebabkan kabel menyusut puluhan kaki, misalnya, membutuhkan penyesuaian yang hati-hati dalam waktu pulsa untuk mengimbangi. Musim panas ini tim berencana untuk memperluas jaringan mereka dengan node lain, membawa Laboratorium Akselerator Nasional Fermi yang berdekatan ke dalam lipatan kuantum.

Eksperimen serupa sedang berlangsung di Pantai Timur, juga, di mana para peneliti telah mengirim foton terjerat melalui kabel serat optik yang menghubungkan Brookhaven Nationwide Laboratory di New York dengan Stony Brook College, yang jaraknya sekitar 11 mil. Ilmuwan Brookhaven juga menguji transmisi nirkabel foton terjerat pada jarak yang sama di udara. Sementara teknik ini membutuhkan cuaca yang adil, menurut Kerstin Kleese van Dam, direktur inisiatif ilmu komputasi Brookhaven, suatu hari nanti bisa melengkapi jaringan kabel serat optik. "Kami hanya ingin membuka opsi kami," katanya.

Pengiriman dan penerimaan foton terjerat mewakili setara dengan router kuantum, tetapi peneliti berikutnya membutuhkan onerous drive kuantum – cara untuk menyimpan informasi yang mereka tukar. "Apa yang sedang kita lakukan," kata Kleese van Dam, "adalah ingatan yang terjerat jauh."

Ketika foton membawa informasi dari jaringan, memori kuantum akan menyimpan qubit tersebut dalam bentuk atom terjerat, seperti halnya onerous drive saat ini menggunakan magnet membalik untuk menahan bit. Awschalom mengharapkan kelompok Argonne dan College of Chicago untuk memiliki memori kuantum yang bekerja musim panas ini, sekitar waktu yang sama mereka memperluas jaringan mereka ke Fermilab, di mana pada saat itu akan menjangkau 100 mil.

Tapi itu sejauh cahaya dapat melakukan perjalanan sebelum menjadi terlalu redup untuk membaca. Sebelum mereka dapat menumbuhkan jaringan mereka yang lebih besar, para peneliti perlu menciptakan repeater kuantum – perangkat yang meningkatkan sinyal berhenti berkembang untuk perjalanan 100 mil lainnya. Repeater web klasik hanya menyalin informasi dan mengirimkan denyut cahaya baru, tetapi proses itu memutus keterjeratan (sebuah fitur yang membuat komunikasi kuantum aman dari penyadap). Sebagai gantinya, kata Awschalom, para peneliti telah membuat skema untuk memperkuat sinyal kuantum dengan mengocoknya ke bentuk lain tanpa pernah membacanya secara langsung. "Kami memiliki beberapa repeater prototipe kuantum yang saat ini sedang berjalan. Mereka tidak cukup baik," katanya, "tapi kami banyak belajar."

Departemen Energi Di Bawah Sekretaris untuk Sains Paul M. Dabbar (kiri) mengirimkan sepasang foton terjerat di sepanjang loop kuantum. Yang juga ditampilkan adalah ilmuwan Argonne David Awschalom (tengah) dan Direktur Laboratorium Argonne Paul Kearns.

Laboratorium Nasional Argonne

Dan jika Kongres menyetujui garis ilmu informasi kuantum dalam anggaran 2021, para peneliti seperti Awschalom dan Kleese van Dam akan belajar lebih banyak. Pendanaan tambahan untuk percobaan mereka dapat meletakkan dasar untuk suatu hari nanti memperluas tautan lokal mereka ke jaringan di seluruh negara. "Ada visi jangka panjang untuk menghubungkan semua laboratorium nasional, pantai ke pantai," kata Paul Dabbar, Wakil Sekretaris DOE untuk Sains.

Cina memimpin dalam jejaring kuantum

Dalam beberapa hal AS mengikuti jejak negara lain dalam jejaring kuantum. China, misalnya, telah menyelesaikan tulang punggung 1.200 mil yang menghubungkan Beijing dan Shanghai itu financial institution dan perusahaan lain sudah menggunakan untuk enkripsi yang hampir sempurna aman. Tetapi perlombaan untuk web kuantum berfitur lengkap lebih maraton daripada dash, dan Cina hanya melewati tonggak pertama. Kleese van Dam menunjukkan bahwa tanpa repeater kuantum, jaringan ini bergantung pada beberapa lusin "tepercaya" node – tumit Achilles yang sementara menempatkan sihir kuantum pada jeda sementara qubit didorong melalui bottlenecks berbasis bit. Dia bertahan untuk komunikasi end-to-end yang benar-benar aman. "Apa yang kami rencanakan untuk dilakukan jauh melampaui apa yang dilakukan Tiongkok," katanya.

Lebih banyak dari Tech Drivers:
Dengan Amerika di rumah, Fb, Google bergerak untuk memenangkan lebih banyak pasar sport
Dokter 87 tahun yang menemukan vaksin rubella sekarang bekerja untuk melawan virus corona

Para peneliti akhirnya membayangkan seluruh ekosistem kuantum komputer, ingatan, dan repeater semuanya berbicara dalam bahasa yang sama superposisi dan keterjeratan, dengan sedikit yang terlihat. "Ini seperti sup besar di mana segala sesuatu harus dijaga mekanika kuantum," kata Awschalom. "Kamu sama sekali tidak ingin pergi ke dunia klasik."

Setelah aplikasi langsung seperti enkripsi yang tidak bisa dipecahkan, ia berspekulasi bahwa jaringan seperti itu juga dapat menyebabkan sensor seismik yang mampu mencatat getaran planet pada tingkat atom, tetapi mengatakan bahwa konsekuensi terbesar kemungkinan akan menjadi yang tidak ada yang melihat datang. Dia membandingkan keadaan lapangan saat ini dengan ketika insinyur listrik mengembangkan transistor pertama dan awalnya menggunakannya untuk meningkatkan alat bantu dengar, sama sekali tidak menyadari bahwa mereka memulai jalan yang suatu hari nanti akan membawa media sosial dan konferensi video.

Sebagai peneliti di Brookhaven, Argonne, dan banyak lembaga lain bermain-main dengan persamaan kuantum dari transistor, tetapi mereka tidak dapat tidak bertanya-tanya seperti apa analog kuantum obrolan video nantinya. "Jelas ada banyak janji. Ini akan bergerak cepat," kata Awschalom. "Tapi bagian yang paling menarik adalah kita tidak tahu pasti ke mana harus pergi."

. (tagsToTranslate) China (t) Sains (t) Perusahaan (t) Media sosial (t) Teknologi (t) Teknologi komputer dan informasi (t) Web (t) Donald Trump (t) berita bisnis