美国能源部布鲁克海文国家实验室推出了一个新的量子网络设施，它将为来自美国和世界各地的科学家提供服务，致力于推进令人兴奋的量子通信网络新领域发展。
布鲁克海文实验室仪器部主任Gabriella Carini表示："建立一个广泛的、基于量子的全球通信网络--量子互联网有可能成为21世纪最重要的技术前沿之一。这个新设施将提供研究人员所需的工具和能力，使大规模量子纠缠分布网络成为现实。"
在量子力学中，纠缠的粒子（通常是光子）即使是隔着很远的距离，它们的物理特性仍然是相关的。因此，当对一方进行测量时，也会影响另一方。科学家们可以利用这些特性创建一个安全的、长距离的量子信息网络。新设施已经拥有美国最先进的区域量子网络之一，布鲁克海文实验室和石溪大学的一个团队最近完成了美国国内最长的量子网络，横跨98英里并连接该机构的两个校区。
这个最长的量子网络标志着美国最长的成功量子通信链路实验，也代表了布鲁克海文实验室团队取得的一个值得注意的进展。该团队努力开发一个远程量子网络——美国未来量子互联网基础设施的基础——在美国的量子研究中创造了重要的“第一”。随着最近这一覆盖98英里的成功，该团队大大缩小了美国的实用量子通信基础设施与国际工作之间的差距，同样布鲁克海文实验室也表示中国在这一领域有着强大的研究成果。
建立这些长距离、按需纠缠的能力将对科学界产生巨大影响。它们将实现一系列全新的应用，如增强的光学干涉测量、大型纠缠传感器的视线阵列、原子钟的量子网络和分布式量子计算。该设施配备了构建这些长距离纠缠分布网络所需的最先进的量子网络设备。
量子网络只是处于起步阶段。在实现大型量子通信系统的全部潜力之前，仍有许多挑战。布鲁克海文的量子网络设施是为了解决所有这些挑战和更多的问题。作为一个实验设施，它向全世界的用户社区开放。从这些研究工作中扩展出来的实验机会将集中在基础性量子设备的开发上，包括纠缠的产生和检测，以及便携式量子存储器的特性，重点是通过室温操作的可扩展性。
"这个设施的一个关键方面是，它提供了将这些量子硬件构件与现有的现实生活中的城市间光纤整合在一起的能力，并在它们与当前的互联网整合后对其性能进行表征，"仪器部量子系统组的科学家Julian Martinez-Rincon表示，"这些工作的目标是进行长距离纠缠实验，目标是实施新的科学应用，如分布式量子传感和计算，以及开发算法和协议以远程控制区域量子互联网测试平台。"
该设施完全由其用户支持，包括驻地研究项目和通过研究合作协议的外部用户。
该设施的长期愿景是使其成为量子中继器辅助的纠缠分布网络的首批实例之一，能够在其所有量子节点上预示和维持纠缠。该设施的光纤网络基础设施目前正在扩大，以覆盖整个长岛和纽约市都市区的更多节点。这包括布鲁克海文实验室、石溪大学和纽约市的多用途量子节点，由位于康马克和韦斯特伯里的纠缠生成和交换节点协助。
同时，设施研究人员正在努力创建一个 "自由空间光链路"（Free Space Optical Link），它将在布鲁克海文实验室和石溪大学之间通过露天提供一个直接的、站点与站点之间的纠缠分配通道，而不依赖于地下基础设施。屋顶的建设工作正在进行中，光学系统也在积极开发中，一个较小规模的系统已经展示了通过自由空间的连接，并以出色的效率返回。
屋顶发射器和接收站将被配置为在光纤电信C波段和795纳米处工作。它们将采用0.4米和0.7米之间的望远镜孔径，以便在20.5公里的视线范围内进行有效传输。目前的移动自由空间链接平台使用10英寸的反射望远镜，并展示了光束注入、分离、自动对准和大气校正（自适应光学）。
“量子网络提供了一种更加精确、快速和安全的通信形式，它将触及影响我们日常生活的几个关键行业和应用程序，”Carini表示，“布鲁克海文实验室和我们在石溪大学的合作伙伴很高兴能够站在这场技术革命的最前沿。”
布鲁克海文国家实验室得到了美国能源部科学办公室的支持。科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并正在努力解决我们这个时代的一些最紧迫的挑战。
[1].https://www.hpcwire.com/off-the-wire/brookhaven-lab-launches-new-quantum-network-facility/
[2].https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=117346
[3].https://www.bnl.gov/instrumentation/quantum/optical-link.php
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