在芝加哥，量子合作展示了通过部署的电信光纤向功能性远程量子网络迈出的第一步，为可扩展的量子计算打开了大门。
世界在等待量子技术，量子计算有望解决当前经典计算无法解决的复杂问题，量子网络对于实现量子计算的全部潜力至关重要，它使我们能够突破对自然的理解，以及改善日常生活的应用。
但要使其成为现实，需要开发精确的量子计算机和可靠的量子网络，利用目前的计算机技术和现有的基础设施。
最近，作为一种潜力证明和迈向功能性量子网络的第一步，伊利诺伊快速量子网络（IEQNET）的一个研究团队，在美国能源部（DOE）的两个实验室之间使用本地光纤成功部署了一个长距离的量子网络。
该实验标志着量子编码光子(量子信息传递的粒子)和经典信号第一次以前所未有的同步水平在大都市尺度的距离上同时传递。
IEQNET的合作包括DOE的费米国家加速器实验室和阿贡国家实验室、西北大学和加州理工学院，实验的成功部分源于其成员涵盖计算架构的广度，从经典和量子到混合计算。
费米实验室量子科学项目负责人、该项目的首席研究员Panagiotis Spentzouris说：“让两个相距50公里的国家实验室，以这种共享的技术能力和专业知识来研究量子网络，这不是一件小事，需要一个多元化的团队来解决这个非常困难和复杂的问题。”
而对于这个团队来说，同步化被证明是需要驯服的野兽。他们共同表明，量子和经典信号有可能在同一网络光纤上共存并实现同步，无论是在大都市的距离还是在现实世界的条件下。
研究人员指出，传统的计算网络已经足够复杂，引入量子网络这一挑战，将极大地改变游戏规则。
当传统计算机需要执行同步操作和函数时，比如安全性和计算加速所需的操作和函数，它们依赖于“网络时间协议”，该协议在携带信息的同一网络上分配一个时钟信号，其精度比一眨眼的时间快一百万倍。
而量子计算则要求更高的精度，为了确保他们得到一对纠缠在一起的光子，研究人员必须产生大量的量子编码光子，知道哪些光子对是纠缠在一起的，就是同步性的体现，该团队使用类似的时钟信号来同步整个费米实验室-阿贡网络中每个目的地或节点的时钟。
精密电子设备根据已知因素（如距离、速度、环境干扰、温度变化或振动等）来调整这个时钟信号。
由于他们在两个实验室之间只有两条光纤，研究人员必须在携带纠缠光子的同一根光纤上发送时钟信号，使用不同的波长将时钟信号与量子信号分开。
Argonne计算机科学家和项目团队成员Rajkumar Kettimuthu表示，为量子和经典同步信号选择合适的波长对于最小化影响量子信息的干扰非常重要，打个比方，光纤是道路，波长是车道，光子是自行车，时钟是卡车。如果我们不小心，卡车就会穿过自行车道。因此，我们进行了大量的实验，以确保卡车保持在车道上。
最终，通过适当分配和控制，时钟信号和光子从费米实验室的源分发，当光子到达每个地点时，使用阿贡的超导纳米线单光子探测器进行测量和记录。
加州理工学院研究员和IEQNET团队成员Raju Valivarthi说:“我们利用现成的技术，利用编码到光上的无线电频率信号，展示了创纪录的同步水平，我们在加州理工学院构建并测试了该系统，IEQNET实验证明了，它在连接两个主要国家实验室的真实光纤网络中已经准备就绪并具有能力。”
该网络的同步非常精确，每个地点的时钟只有5皮秒的时间差（1皮秒是一万亿分之一秒）。
这样的精度将使科学家们能够准确地识别和操纵纠缠的光子对，以支持现实世界中大都市距离的量子网络操作，在这一成就的基础上，IEQNET团队正准备新的实验来证明纠缠交换，这个过程可以使来自不同纠缠对的光子间纠缠，从而创造更长的量子通信通道。
Spentzouris说:“这是首次在真实条件下，演示使用真实光纤来实现这种极佳的同步精度以及与量子信息共存的能力，这一创纪录的性能是建设实用多节点量子网络的重要一步。”
该项目通过美国能源部科学办公室的先进科学计算研究计划资助。
https://chicagoquantum.org/news/quantum-network-between-two-national-labs-achieves-record-synch
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