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2025-09-15 03:01:00
ペンのチームは、量子信号が商業繊維上の日常のインターネットトラフィックと一緒に乗ることができることを示しています。彼らの「Q-chip」実験は、世界を変える可能性を秘めたスケーラブルな量子インターネットへの一歩を示します。クレジット：ShutterStock
新しい統合チップは、既存の商用繊維オプティックケーブルを介した今日のインターネットプロトコルを使用して、量子ネットワークがどのように通信できるかを示しています。
画期的な実験では、ペンシルベニア大学のエンジニアは、今日のWebを駆動する同じインターネットプロトコル（IP）を使用して、市販の光ファイバーケーブルを介して信号を送信することにより、実験室を超えて量子ネットワーキングを拡張しました。で公開 科学、この研究は、繊細な量子信号が日常的なオンライントラフィックを運ぶのと同じインフラストラクチャで移動できることを示しています。このテストは、Verizonのキャンパスファイバーネットワークで実行されました。
取り組みの中心にあるのは、ペンチームのコンパクトな「Q-chip」です。これは、最新のインターネットプロトコルとの完全な互換性を操作しながら、量子情報と古典的な情報を調整するように設計されています。このイノベーションは、研究者が期待するネットワークがWeb自体の出現と同じくらい変革的である可能性がある将来の「量子インターネット」の基盤として機能する可能性があります。
材料科学と工学の博士課程学生であるYichi Zhangは、量子信号の源を検査します。クレジット：Sylvia Zhang
アクティブな商用繊維ネットワークで初めて、PENNの調査では、チップがノイズを自動的に修正しながら量子信号を送信したり、標準的なインターネットスタイルのパケットにパッケージング量子データと古典的なデータを送信したり、日常のオンラインデバイスで使用されている同じアドレス指定と管理システムを介してそれらをルーティングできることが示されました。
「統合チップを表示することで、Verizonのようなライブコマーシャルネットワークで量子信号を管理し、クラシックインターネットを実行するのと同じプロトコルを使用して、大規模な実験と実用的な量子インターネットに向けて重要な一歩を踏み出しました。 科学 論文の上級著者。
Quantum Internetのスケーリングの課題
「量子エンタングルメント」という用語を紹介したアーウィン・シュレディンガーは、封印された箱に猫を含む彼のよく知られた思考実験でアイデアを示しました。内部、放射性物質とともに、猫の運命は不確かです。箱が開いている間、動物は両方とも生きていると見なすことができます そして 死んだ。観察の行為だけで結果が明らかになります。
Quantum Networkのノードを作成するために使用される機器の一部。約1キロメートルのVerizon商業用ファイバーケーブルからそのソースから離れています。クレジット：Sylvia Zhang
古典的および量子信号の調整
本質的に、新しいシステムは鉄道のように機能し、通常の光機関車と量子貨物を組み合わせます。 「古典的な「ヘッダー」は列車のエンジンのように機能し、量子情報は密閉容器に乗っています」とZhang氏は言います。 「内部の内容を破壊せずに容器を開けることはできませんが、エンジンは、列車全体が必要な場所に到達することを保証します。」
材料科学と工学の博士課程の学生であるYichi Zhangは、Verizonファイバーケーブルに量子信号を生成して送信するために使用されています。クレジット：Sylvia Zhang
古典的なヘッダーを測定できるため、システム全体は、今日のインターネットトラフィックを管理する同じ「IP」または「インターネットプロトコル」に従うことができます。 「おなじみのIPフレームワークに量子情報を埋め込むことにより、量子インターネットが文字通り古典的な言語と同じ言語を話すことができることを示しました」とZhang氏は言います。 「その互換性は、既存のインフラストラクチャを使用してスケーリングするための鍵です。」
量子技術を現実の世界に適応させます
これに対抗するために、研究者は、古典的なヘッダーへの干渉が同様の方法で量子信号に影響を与えるという事実を利用するエラー修正方法を開発しました。 「量子に損傷を与えることなく古典的な信号を測定できるため、量子信号を測定せずにQuantum Stateを保存することなく、量子信号にどの補正を行う必要があるかを推測できます。」
量子ネットワークのノード、Quantum Signalのソースから約1キロメートルのVerizonファイバーケーブルが離れています。クレジット：Sylvia Zhang
テストでは、システムは97％を超える伝送の忠実度を維持し、通常はラボの外側の量子信号を破壊するノイズと不安定性を克服できることを示しています。また、チップはシリコンで作られており、確立された技術を使用して製造されているため、大量生産される可能性があり、新しいアプローチを簡単にスケーリングできます。
「当社のネットワークには、1つのサーバーと1つのノードのみがあり、2つの建物を接続し、Verizonがそれらの間に約1 kmの光ファイバーケーブルを設置しています」とFeng氏は言います。 「しかし、ネットワークを拡張するために必要なことは、より多くのチップを製造し、フィラデルフィアの既存の光ファイバーケーブルに接続することだけです。」
量子インターネットの未来
大都市圏を越えて量子ネットワークをスケーリングする主な障壁は、絡み合いを破壊することなく、量子信号をまだ増幅できないことです。
一部のチームは、超セキュア通信のための特別なコードである「量子キー」が通常のファイバーを越えて長距離を移動できることを示していますが、これらのシステムは、セキュリティアプリケーションに非常に効果的であるが実際の量子プロセッサをリンクするのに十分ではない技術であるコピーできない乱数を生成するために弱いコヒーレント光を使用します。
左から：材料科学と工学の教授であるLiang Fengと、電気およびシステム工学の博士課程の学生であるRobert Broberg。その背後にあるワイヤーには、量子信号を運ぶVerizonファイバーオプティックケーブルが含まれています。クレジット：Sylvia Zhang
この課題を克服するには新しいデバイスが必要ですが、Pennの調査では、重要な早期ステップが提供されます。チップが、インターネットスタイルのパケットルーティング、動的スイッチング、および今日のネットワークを管理する同じプロトコルで動作するチップエラー緩和を使用して、既存の市販ファイバーに対して量子信号を実行する方法を示します。
「これは、大学が最初にネットワークを接続した1990年代の古典的なインターネットの初期の時代のように感じます」とブロバーグは言います。 「それは誰も予測できなかった変換への扉を開きました。量子インターネットには同じ可能性があります。」
リファレンス：「統合フォトニクスによる古典的な偏見的な量子インターネット」Yichi Zhang、Robert Broberg、Alan Zhu、Gushu Li、Li Ge、Jonathan M. Smith and Liang Feng、2025年8月28日、 科学。
doi：10.1126/science.adx6176
この研究は、ペンシルバニア大学工学科学校で実施され、ゴードンとベティムーア財団（GBMF12960およびDOI 10.37807）、国立科学財団（N00014-23-1-1882）、国立科学財団（DMR-2323468）、olga and alberico pompheds of pompheds offersophedsopheso pompaphed offer PSC-Cuny Award（ENTY-54-93）。
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