仅5皮秒时间差！美国研究团队实现创纪录的量子网络时钟同步水平

世界在等待量子技术量子计算有望解决当前或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，突破我们对自然的理解以及提高日常生活的应用至关重要

可是，要使其成为现实，需要利用当前的计算机技术和现有的基础设施，开发精确的量子计算机和可靠的量子网络。

最近，作为潜力的证明和迈向功能量子网络的第一步，伊利诺伊州快速量子网络的一个研究小组使用本地光纤成功地在美国能源部的两个实验室之间部署了一个长距离量子网络这项实验标志着量子编码光子和经典信号首次在大型城市地区以前所未有的同步水平同时传输

测试两个时钟同步mdashmdash一个在阿贡，一个在费米实验室mdashmdash科学家们在两个时钟之间同时传输了一个经典时钟信号和一个量子信号这些信号通过伊利诺伊州快递量子网络发送研究人员发现，这两个时钟在不到5皮秒或5万亿分之一秒的时间内同步

IEQNET的合作伙伴包括美国能源部费米国家加速器和阿贡国家实验室，西北大学和加州理工学院他们的成功部分归因于其成员所覆盖的计算架构的广度，从经典和量子到混合

这两个国家实验室相距50公里，因此在这样共享技术能力和专业知识的量子网络上工作并不容易，费米实验室量子科学项目负责人，项目首席研究员Panagiotis Spentzouris表示你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。

它们共同表明，无论是在大都市距离还是在现实世界条件下，量子信号和经典信号都有可能在同一根网络光纤上共存并实现同步。

研究人员指出，经典计算网络已经足够复杂将量子网络的挑战引入混合将极大地改变游戏规则

当经典计算机需要执行同步操作和功能时，例如安全和计算加速所需的操作和功能，它们依赖于一种称为的计算机，网络协议，事情这个协议在承载信息的同一网络上分发时钟信号，其精度比眨眼快一百万倍

有了量子计算，要求的精度就更高了想象一下经典的NTP是奥运选手，量子计算的时钟是Flash，漫画和电影中的超高速超级英雄

研究小组使用类似的定时信号来同步费米实验室—阿贡网络中每个目的地或节点的时钟。

精密电子设备用于根据已知因素调整该定时信号。

由于两个实验室之间只有两根光纤，研究人员不得不在同一根携带纠缠光子的光纤上发送时钟信号将时钟从量子信号中分离出来的方法是使用不同的波长，但这也带来了自己的挑战

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，计算机科学家，项目组成员Rajkumar Kettimuthu说比方说，光纤是道路，波长是车道光子是自行车手，时钟是卡车如果我们不小心，卡车可能会开进自行车道因此，我们做了大量的实验，以确保卡车保持在其车道上

最后，两者都被适当地分配和控制，定时信号和光子从费米实验室的源被分配当光子到达每个位置时，用阿公的超导纳米线单光子探测器进行测量和记录

我们使用现成的技术展示了创纪录水平的同步，这种技术依赖于光编码的射频信号加州理工学院研究员，IEQNET团队成员Raju Valivarthi说，我们已经在加州理工学院建立并测试了这个系统，IEQNET实验已经在连接两个主要国家实验室的真实光纤网络中证明了它的就绪性和能力

网络的同步非常精确，两地时钟的时差只有5皮秒皮秒是万亿分之一秒

这种精度将使科学家能够精确地识别和操纵纠缠光子对，从而支持真实世界条件下城市距离的量子网络操作基于这一成果，IEQNET团队正准备进行实验来演示纠缠交换这个过程使得来自不同纠缠对的光子之间产生纠缠，从而产生更长的量子通信信道

这是首次通过在真实条件下使用真实光纤，展示了优异的同步精度和与量子信息共存的能力，斯宾塞说，这种记录性能是构建实用多节点量子网络的重要一步。

该项目由美国能源部科学办公室的高级科学计算研究计划资助。

国家实验室致力于解决紧迫的国家科技问题作为美国第一个国家实验室，阿贡几乎在所有科学学科进行前沿基础和应用科学研究龚的研究人员与来自数百家公司，大学以及联邦，州和市政机构的研究人员密切合作，帮助他们解决具体问题，提高美国的科学领导地位，并为国家的更美好未来做准备龚的员工来自60多个国家，由UChicago Argonne，LLC为美国能源部科学办公室管理

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，致力于解决我们时代一些最紧迫的挑战。

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