เบลเดน ฮิร์ชมานน์: เสาหลักสำคัญสำหรับการสร้างเครือข่ายที่พร้อมและปลอดภัยต่อควอนตัม

ความต้องการคิวบิตที่มีความแม่นยำสูงและช่องทางการส่งสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ ทำให้การพัฒนาเครือข่ายควอนตัมมุ่งเน้นไปที่การรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลควอนตัมระหว่างการส่งสัญญาณจากต้นทางถึงปลายทางทั่วทั้งเครือข่าย ข้อกำหนดหลักสำหรับการใช้งานเครือข่ายควอนตัมมีดังต่อไปนี้:

1. ออกแบบลิงก์ที่มีการสูญเสียต่ำมากเป็นพิเศษ

เครือข่ายทางกายภาพที่ช่วยให้ระบบควอนตัมเชื่อมต่อกันได้นั้น จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อที่มีการสูญเสียสัญญาณน้อยที่สุดและประสิทธิภาพทางแสงที่เหนือกว่า การที่จะบรรลุเกณฑ์เหล่านี้ได้ ต้องใช้การออกแบบใยแก้วนำแสงที่ซับซ้อนกว่าเครือข่ายมาตรฐานทั่วไป เช่น ส่วนประกอบของแก้วที่เป็นกรรมสิทธิ์ หรือใยแก้วนำแสงแบบแกนกลวง ใยแก้วนำแสงขั้นสูงเหล่านี้ช่วยลดการลดทอนของสัญญาณและรักษาข้อมูลควอนตัมได้ดีกว่าในการส่งผ่านระยะไกล

2. เส้นทางข้อมูลเฉพาะสำหรับทราฟฟิกควอนตัม

ประสิทธิภาพที่คาดการณ์ได้นั้นจำเป็นต้องมีเส้นทางการส่งข้อมูลที่แยกต่างหากสำหรับทราฟฟิกควอนตัมโดยเฉพาะ แนวทางหนึ่งที่เป็นไปได้คือการติดตั้งเครือข่ายทางกายภาพแบบแยกต่างหากสำหรับข้อมูลควอนตัมโดยเฉพาะ คล้ายกับเครือข่ายทางกายภาพที่แยกต่างหากสำหรับทราฟฟิกสำรองข้อมูลหรือการจัดเก็บข้อมูล ภายใต้สถาปัตยกรรมนี้ เซิร์ฟเวอร์และระบบควอนตัมจะติดตั้งพอร์ตเครือข่ายคู่ การตั้งค่านี้ช่วยให้สามารถปรับแต่งเครือข่ายให้เหมาะสมกับทราฟฟิกควอนตัมได้อย่างตรงจุดโดยไม่ต้องปรับปรุงส่วนประกอบทั้งหมดของเครือข่ายการผลิตที่มีอยู่

3. ขยายเส้นทางสัญญาณควอนตัมแบบครบวงจร

เครือข่ายควอนตัมประกอบด้วยสองชั้น ได้แก่ การเชื่อมต่อระหว่างอาคารหรือทั่วเมืองของระบบควอนตัมแบบกระจาย และการกำหนดเส้นทางสัญญาณภายในอุปกรณ์ควอนตัมแต่ละตัว ส่วนควบคุมจะอยู่ระหว่างเครือข่ายคลาสสิกภายนอกและหน่วยประมวลผลควอนตัม (QPU) โดยจะรับข้อมูลจากเครือข่ายคลาสสิก จัดการการทำงานของควอนตัม และเชื่อมต่อกับ QPU ผ่านสายเคเบิลคลื่นความถี่วิทยุ (RF)

ภายในคอมพิวเตอร์ควอนตัม สายเคเบิล RF เหล่านี้จะวิ่งเข้าไปในไครโอสแตท (ห้องทำความเย็นแบบไครโอเจนิก) ซึ่งสภาพแวดล้อมภายในจะถูกดูดอากาศออกจนเกือบเป็นสุญญากาศและเย็นลงจนอุณหภูมิต่ำกว่าอวกาศ สัญญาณจะออกจากไครโอสแตท ผ่านชุดควบคุม และส่งไปยังสายไฟเบอร์ที่เชื่อมต่อระบบควอนตัมระยะไกล ทุกส่วนตลอดเส้นทางสัญญาณทั้งหมดนี้ต้องการวิศวกรรมเฉพาะทางเพื่อส่งต่อข้อมูลควอนตัมได้อย่างน่าเชื่อถือ ความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญ ได้แก่ การเปลี่ยนสายเคเบิลอย่างราบรื่นในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน: การเปลี่ยนจากสายเคเบิล RF มาตรฐานที่อุณหภูมิห้องไปเป็นสายไฟที่สร้างขึ้นเองซึ่งได้รับการจัดอันดับสำหรับการใช้งานในอุณหภูมิต่ำมากและสภาวะใกล้สุญญากาศ