Quantentechnologie
Höchstpräzise Lösungen für Quantennetzwerke
Safran treibt mit seiner White-Rabbit-Technologie weiterhin wegweisende Quantenlösungen voran und ermöglicht so präzise Synchronisation für Quantencomputing und Quantennetzwerke.
WAS IST QUANTUM & FÜR WEN IST ES GEEIGNET?
Quantum Computing verwendet in seinen Prozessoren Qubits anstelle der traditionellen Bits (d. h. Nullen und Einsen), um Daten und Informationen zu berechnen. Qubits können gleichzeitig sowohl 1 als auch 0 sein – und dies ermöglicht es Quantencomputern, komplexe Probleme viel schneller zu lösen als die vorhandenen Computer, die wir heute normalerweise verwenden – Probleme wie Kryptographie, maschinelles Lernen, Optimierungsprobleme und mehr.
Quantum Computing und Quantenvernetzung werden in Anwendungen für folgende Bereiche eingesetzt:
Regierungen und Verteidigungsbehörden
- Für ultrageschützte Kommunikation mittels Quantenschlüsselverteilung (QKD), die gegen Lauschangriffe immun ist. Die Quantenschlüsselverteilung kann bei der Verschlüsselung helfen.
Finanzinstitute
- Zum Schutz sensibler Transaktionen und Kommunikation vor möglichem Quantum-Hacking. Quantum Computing kann auch bei hochmodernen Finanzmodellen helfen.
Forschungseinrichtungen und Universitäten
- Für Experimente in der Quantenphysik und zur Fernverschränkung sowie zur Vernetzung von Quantencomputern für gemeinschaftliches Rechnen.
Quantentechnologie-Unternehmen
- Zur Vernetzung von Quantenprozessoren und zum Aufbau größerer Quantencomputersysteme, die beim maschinellen Lernen helfen können. Quantencomputer können die Datenverarbeitung beschleunigen und logistische Probleme, Lieferkettenmanagement und Routenplanung lösen.
Safran-Lösungen für Quantencomputing und Quantenvernetzung
Da die meisten neuen Quantenknoten in einem Netzwerk miteinander verbunden sind – oder sogar über Distanzen in mehreren Einrichtungen hinweg – bietet Safran quantennahe Technologien zur Synchronisation dieser Systeme an.
Ethernet-basierte Zeitübertragungsprotokolle wie White Rabbit (WR) können verwendet werden, um zwei entfernte Knoten in Quantennetzwerken auf unter 4 Pikosekunden zu synchronisieren.
Safran-Zeit- und Synchronisationsgeräte stellen sicher, dass die Daten von Quantenknoten rechtzeitig gesendet werden, und reduzieren die Latenz. Dies hilft auch als Auslöse- und Steuerungssystem, sodass es den Quantenknoten genau mitteilen kann, wann sie Aktionen durchführen sollen. Da Qubits mit einer unglaublich hohen Geschwindigkeit gesendet und verarbeitet werden müssen, ist eine höchstpräzise Zeit- und Synchronisation zwischen den Knoten unerlässlich. Und hier kommt die Safran-White-Rabbit-Technologie ins Spiel.
White-Rabbit-Zeit- und Frequenzverteilung ermöglicht es Quantennetzwerken auch, Daten über Distanzen zu übertragen und synchron zu bleiben, sodass sie Quantenberechnungen und Netzwerkkommunikation durchführen können.
White-Rabbit-basierte Lösungen können die strengen Anforderungen der Quantenkommunikation erfüllen.
Zeitgesteuerte Netzwerke in der Quantentechnologie
Zeitgesteuerte Netzwerke ermöglichen die deterministische Übertragung von Steuerungs- und Hilfsdaten mit begrenzten Latenzen über denselben Kanal, der für die White-Rabbit-Zeitsynchronisation verwendet wird. Diese Kombination ermöglicht die Skalierbarkeit von Quantencomputern und Quantennetzwerken und führt zur Vollendung des Quanteninternets. Für Quantensysteme mit mehreren Quanteninstrumentierungssystemen, heterogenen Quantenelementen (d. h. optischen Schaltern und Quantenspeichern), Zeitstempel- oder Datenerfassungshardware ist der Einsatz einer White-Rabbit-basierten Zeitlösung unerlässlich.
Ebenso, wenn Sie heterogene Netzwerke für Steuerung und Datenerfassung haben – oder mehrere, konkurrierende Datenströme mit unterschiedlichen Prioritäten oder spezifischen Fristen für die Ereignissteuerung mit Anforderungen an geringen Jitter (Determinismus) –, dann könnte eine White-Rabbit-basierte Zeitlösung für Sie von Vorteil sein.
Ebenso, wenn Sie eine gemeinsame Zeitreferenz für die systemweite Koordination benötigen, könnte eine White-Rabbit-basierte Zeitlösung für Sie von Vorteil sein.
Mit 10G + WR-deterministischen TSN-Schnittstellen können Sie erreichen:
Pikosekunden-genaue Signalauslösung & Steuerungsverteilung
Instrumentierungssteuerung für die Quantentechnologie
Aufbauend auf unserer Erfahrung mit Steuerungshardware für Teilchenbeschleuniger, Hochenergiephysik-Experimente und die Luftfahrt ergänzen die von Safran angebotenen Lösungen Quanteninstrumentierungssysteme, um deren Integration in Quantencomputing und -vernetzung zu erleichtern. Safran bietet Management- und Überwachungsfunktionen, die die Integration der Instrumentierungssteuerungssysteme in komplexe und heterogene Systeme ermöglichen, sowie die Möglichkeit, das Design von der Elektronik bis zur Software anzupassen, einschließlich der verwendeten FPGA- und RF-Frequenzen, was unsere Lösung zu einem Maßstab für geringere Kosten pro Qubit in der Quantensteuerung macht.
Die Steuerungs- und Diagnosesysteme von Safran erfüllen die Anforderungen an Auslösung, Synchronisation, Datenerfassung und HF-Steuerung von Quantensystemen sowie anderen anspruchsvollen wissenschaftlichen Einrichtungen.
Die Aufrechterhaltung der Stabilität elektromagnetischer Felder in beschleunigenden Hohlräumen ist von größter Bedeutung. Das Low-Level-HF-System bietet eine präzise Steuerung dieser Felder und nutzt digitale HF-Stabilisierung, um sicherzustellen, dass Teilchenstrahlen fokussiert und auf Kurs bleiben. Das System ist sowohl in uTCA- als auch in Standalone-Konfigurationen verfügbar und passt sich so verschiedenen betrieblichen Anforderungen an.
Ökosystem für Synchronisationslösungen
Safran bietet eine Reihe von Lösungen, um Latenz- und Synchronisationsherausforderungen im Zusammenhang mit der Quantenvernetzung zu bewältigen. Die Lösungen umfassen Zeitserver, eine Verteilungsebene sowie Endknoten. Mit den White-Rabbit-Lösungen von Safran erhalten Sie beispielsweise:
- Verbesserte Zeitsynchronisationsstabilität
- HF-Verteilung & Sub-ns-Zeitsteuerung
- Feinere Latenzsteuerung im Pikosekundenbereich
- Neue Anwendungen: Wissenschaft, Radarsysteme, Verteidigungskommunikation, ultrageschützte Kommunikation, Ermöglichung der Quantenschlüsselverteilung
- Verbesserung der Netzwerksicherheit durch Quantenvernetzung
- Paare verschränkter Photonen über ein dediziertes optisches Netzwerk
- Photonenimpulse dauern ca. 2 ns → Jitter-Kontrolle im ns-Bereich & Sub-ns-Messungen (z. B. TDCs)
- TSN-Steuerungsebene für die Ansteuerung optischer Schalter & Ereignisverteilung
- Zentralisierte Netzwerksteuerung und benutzergesteuerte optimierte Einstellungen
- TSN mit hochgenauem PTP, z. B. White-Rabbit-Timing für ps-genaue Zeitsteuerung
- Niedriglatenz-Übertragungen für Ereignis- und Trigger-Verteilung
Vor allem können die White-Rabbit-Lösungen von Safran die Übertragung von Qubits über große Entfernungen ermöglichen und Dämpfungsprobleme für großflächige Bereitstellungen lösen!
QICK-Box
Die QICK-Box ist ein umfassendes Steuerungs- und Auslesesystem für QIS, einschließlich Quantencomputing, Quantennetzwerken und Quantensensoren.
QICK wird am Fermilab entwickelt und wird hauptsächlich durch die zentrale Partnerschaft des Labors im Quantum Science Center unterstützt – einem DOE-Quantum-National-Initiative-Wissenschaftsforschungszentrum mit Hauptsitz am Oak Ridge National Laboratory.
Infleqtion Tiqker – Optische Atomuhr
Kompakt, robust und einsetzbar für Verteidigungs-, Raumfahrt- und kommerzielle Missionen. Die Tiqker bietet die Kurzzeitpräzision eines aktiven Wasserstoffmasers in einer kompakten Bauform, die denselben Einschubplatz beansprucht wie Cäsium-Strahlfrequenznormale.
Quantenbereitschaft startet hier
Der Betrieb des Quanteninternets hängt von den wesentlichen Bausteinen der deterministischen Kommunikation, der Jitter-armen Zeitverteilung, der konsistenten systemweiten Orchestrierung und den Geräten für große Entfernungen ab.
Hochleistungsfähiges WR-Timing ist eine unabdingbare Voraussetzung für die Gewährleistung umsetzbarer Implementierungen in Kombination mit den neuesten Transceiver- und Fasertechnologien.
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