Komponenty internetu kwantowego

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2022.2.3

Warianty tytułu

EN

Quantum Internet components

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Internet kwantowy jest terminem używanym obecnie, choć zapewne na wyrost, w obszarze informacyjnych technik kwantowych ITK. Nieodpartą pokusą jest po prostu zastąpienie wszystkich elementów obecnej sieci globalnej komponentami z przymiotnikiem kwantowy. Hosty, serwery, modemy, koncentratory, karty sieciowe i wiele innych urządzeń, oprogramowanie, protokoły, itp. muszą być kwantowe. Tak niestety w ogólnym przypadku nie jest i droga do takiego stanu jest dość odległa. Innym podejściem, także odległym od realizacji praktycznej, jest zupełnie nowy projekt koncepcji sieci kwantowej bazujący nie na topologii klasycznej a na potencjalnej topologii umożliwiającej dystrybucję tylko tego co najważniejsze, czyli zasobów kwantowych jak koherencja, a szczególnie zasobów nielokalnych jak splątanie. Koncepcji budowy Internetu kwantowego jest kilka, przy czym najprostszą metodą jest jednak podążanie wydeptanymi ścieżkami. Do realizacji takiego najprostszego Internetu kwantowego potrzebne są między innymi pamięci kwantowe, wzmacniaki kwantowe, konwertery kubitów stacjonarnych w kubity lotne i odwrotnie, itp. Unia Europejska promuje rozwój w tym kierunku poprzez tworzenie filarów tematycznych np. Cyfrowa Europa w ramach programów ramowych, poprzednio H2020 a obecnie Horyzont Europa. Europejski Flagowiec Kwantowy EQF, Otwarte Środowisko Dystrybucji Klucza Kwantowego OpenQKD, Kwantowy Sojusz Internetowy QIA, Europejska Infrastruktura Komunikacji Kwantowej EuroQCI, są przykładami takich inicjatyw.

EN

Quantum Internet is a term that is already used today, though probably exaggerated, in quantum information techniques. It is an irresistible temptation to simply replace all the elements of the current global network with components with the adjective quantum. Hosts, servers, modems, hubs, network bridges and switches, network cards and many other devices, software, protocols, etc. must be quantum. Unfortunately, this is not the case and the road to such a state is quite distant. Another approach, also distant from practical implementation, is a completely new design of the concept of a quantum network based not on a classical topology but on a potential topology allowing the distribution of only what is most important, i.e., quantum resources, in particular nonlocal resources. There are several concepts for building the quantum Internet, and the simplest method is to follow well-trodden paths. To implement such the simplest quantum Internet, you need, among others, quantum memories, quantum repeaters, stationary qubit converters to flying qubits and vice versa, etc. The European Union promotes development in this direction by creating thematic pillars, eg. Digital Europe within the framework programs, previously H2020 and now Horizon Europe. The European Quantum Flagship EQF, the OpenQKD Quantum Key Distribution Environment, the QIA Quantum Internet Alliance, the EuroQCI European Quantum Communication Infrastructure are examples of such initiatives.

Słowa kluczowe

PL

sieć kwantowa; Internet kwantowy; komunikacyjny kanał kwantowy; pamięć kwantowa; wzmacniak kwantowy

EN

quantum networks; quantum Internet; quantum communication channel; quantum memory; quantum repeater

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 63, Nr 2
• Strony: 18--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych

Bibliografia

• [1] H.J. Kimble, 18 June 2018, The quantum internet, Nature 453
• [2] E. Chitambar, G. Gour, 2019, Quantum resource theories, arX-iv:1806.06107
• [3] R. Salazar, et al., 2021, Optimal allocation of quantum resources, arXiv:2006.16134
• [4] J. Daboul, et al., 2002, Quantum gates on hybrid qudits, arX- ivL0211185
• [5] MX Luo, XJ Wang, 2014, Universal quantum computation with qudits, Science China PMA, 57(9) 1712-1717
• [6] A. Sawicki, K. Karnas, 2017, Universality of single qudit gates, arXiv:1609.05780
• [7] M. Ringbauer, ar al., 2021, A universal qudit quantum processor with trapped ions, arXiv:2109.06903
• [8] C. Budroni, at al., 2021, Quantum contextuality, arXiv:2102.13036
• [9] M.S. Block, et al., 2021, Quantum Information Scrambling in a Superconducting Qutrit Processor, arXivL2003.03307
• [10] A. Norvan, et al., 2021, Qutrit randomized benchmarking, arXiv:2008.09134
• [11] M.S. Blok, at al., 2015, Towards quantum networks of single spins: analysis of a quantum memory with an optical interface in diamond, Faraday Discussions 184, 173-182
• [12] Quantum Flagship, 2022, The future is Quantum, [https://qt.eu/]
• [13] M.F. Riedel, et l., 2017, The European quantum technologies flagship programme, QST 2, 030501
• [14] M.F. Riedel, et al, 2019, Europe’s Quantum Flagship initiative, QST 4, 020501
• [15] J. Mlynek, 2021, The European quantum flagship: First results and future perspectives, Fundamental Research 1 (1), 3-4
• [16] T. Holter, C., et al., 2021, Creating a responsible quantum future: the case for a dedicated national resource for responsible quantum computing, Responsible Technology Institute, Oxford
• [17] European Open QKD, 2022, [ https://openqkd.eu/ ]
• [18] European Quantum Internet Alliance, 2022, [ https://quantum-internet.team/ ]
• [19] D. Lago-Rivera, et al., 2021, Telecom-heralded entanglement between remote multimode solid-state quantum memories, arXiv:2101.05097
• [20] M. Pompili, et al., 2021, Realization of a multi-node quantum network of remote solid-state qubits, arXiv:2102.0447
• [21] C.E. Bradley, et al., 2019, A Ten-Qubit Solid-State Spin Register with Quantum Memory up to One Minute, PRX 9, 031045
• [22] R. VanMeter, 2014, Quantum networking, Wiley
• [23] M.M. Wilde, 2018, From classical to quantum Shannon theory, arXiv:1106.1445
• [24] J. Avron, O. Kenneth, 2019, An elementary introduction to the geometry of quantum states with pictures, arXiv:1901.06688
• [25] E.O. Kiktenko, et al., 2022, Confidence polytopes for quantum process tomography, arXiv:2109.04734
• [26] M. Walter, et al., 2014, Entanglement polytopes: Multiparticle entanglement from single-particle Information, arXiv:1208.0365
• [27] G. Auburn, S. Szarek, 2017, Dvoretzky’s theorem and the complexity of entanglement detection, arXiv:1510.00578
• [28] P. Hayden, 2010, Concentration of measure effects in quantum information, Quantum information science and its contributions to mathematics, 3-12, Proc. Sympos. Appl. Math., 68, Amer. Math. Soc., Providence, RI
• [29] S. Sen, 2018, A quantum Johnson-Lindenstrauss lemma via unitary t-designs, arXivL1807.08779
• [30] A.W. Harrow, et al., 2011, Limitations on quantum dimensionality reduction, arXiv:1012.2262
• [31] H.A. Carteret, et al., 2008, Dynamics beyond completely positive maps: some properties and applications, arXiv:0512167
• [32] M.M. Wilde, 2020, Coherent quantum channel discrimination, arXiv:2001.02668
• [33] V. Katariya, M.M. Wilde, 2021, Geometric distinguishability measures limit quantum channel estimation and discrimination, arX-iv:2004.10708
• [34] S. Welte, et al., July 2021, A nondestructive Bell-state measurement on two distant atomic qubits, Nature Photonics, 15, 504-509
• [35] D. Niemietz, et al., 25 March 2021, Nondestructive detection of photonics qubits, Nature 591
• [36] S. Daiss, et al., 2021, A Quantum-logic gate between distant quantum-network modules, arXiv:2103.13095, and supplementary materials, Science 371, 614
• [37] Y-A. Chen, et al., 2021, An integrated space-to-ground quantum communication network over 4600 km, Nature 589, 214-219
• [38] R. Valivarthi, et al., 2020, Teleportation systems toward a quantum Internet, PRX Quantum 1, 020317
• [39] A. Acin, et al., 2007, Entanglement percolation in quantum networks, doi:10.1038/nphys549
• [40] M.B. Plenio, S. Virmani, 2006, An introduction to entanglement measures, arXiv:0504163
• [41] X. Meng, et al., 2021, Concurrence percolation in quantum networks, arXiv:2103.13985

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).