美国宣布将打造量子互联网 与现有互联网并行

美国宣布将打造量子互联网 与现有互联网并行

7月24日消息,据国外媒体报道,当地时间周四美国公布了一项计划,将致力于打造量子互联网。美国官员和科学家表示将打造与现有互联网并行的第二互联网,使用量子力学定律安全共享信息并连接新一代计算机和传感器。量子技术试图利用原子、光子和电子的独特特性来构建更强大的计算机和其他信息处理工具。
量子互联网依赖于光子表现出的量子纠缠状态,可以让光子在没有物理连接的情况下远距离共享信息。
芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授、美国阿贡国家实验室资深科学家大卫·奥沙洛姆(David Awschalom)称量子互联网项目是美国量子研究计划的支柱。
据悉,美国能源部及其17个国家实验室将成为该项目的骨干。
目前还不清楚将如何资助这项工作,美国能源部并没有公布该项目的资金数额。负责科学事务的能源部副部长保罗·达巴(Paul Dabbar)表示,政府每年在量子信息技术方面投入约5亿至7亿美元,其中一部分资金将用于量子互联网建设。

▲费米实验室

费米国家加速器实验室(Fermilab)量子科学负责人潘纳约提斯·斯宾佐里斯(Panagiotis Spentzouris)在采访中说,要实施计划,需要更多资源和更清晰的项目结构。
但这份38页的文件只是列出研究重点和目标,但没有详细的任务划分。研究人员说,量子互联网的最初用户可能包括国家安全机构、金融机构和希望更安全发送数据的医疗保健公司。
斯宾佐里斯表示,最终消费者也可能会利用量子互联网。他说,消费者在进行消费和发送信息时,有可能在常规互联网和量子互联网之间无缝转换,而不一定知道自己正在切换平台。
伊利诺伊州州长J·B·普利兹克(J.B. Pritzker)和芝加哥市长洛里·莱特福特(Lori Lightfoot)都在声明中表示,期望打造量子互联网会对芝加哥市科技界产生溢出效应,从而带来潜在经济回报。
在芝加哥地区,阿贡国家实验室已经建立了一个83公里长的量子网络,不久还将连接到附近的费米实验室,建成一个长达128公里的测试平台。
在纽约,石溪大学和布鲁克海文国家实验室已经建立了另一个128公里长的量子网络。
斯宾佐里斯说,量子互联网计划是利用光纤电缆、装有量子通信硬件的卫星和无人机,在全国范围内逐步连通本地网络。但研究人员说,能够放大量子网络信号的量子中继器仍有待开发。

科学家找到新预应力技术:让混凝土更轻更环保

科学家找到新预应力技术:让混凝土更轻更环保

提高混凝土强度和耐久性的方法之一是在浇筑前加入拉伸钢筋,然后在混凝土凝固时抽出钢筋以压缩材料。不过现在科学家找到了新的预应力(pre-stressing)技术,在不牺牲强度的情况下让混凝土更轻,而且还能缓解碳排放。

作为世界上最常用的建筑材料,混凝土的碳足迹是巨大的,每年生产的数十亿吨混凝土需要大量的能源。为此,世界各地的科学家都在寻求调整生产工艺,使其更加环保,即使是很小的改进也可能产生很大的影响。

目前预应力技术主要用于那些需要承受特别高荷载(例如梁或者桥)的混凝土材料,受拉钢筋产生的力从内部压缩材料。但这项技术的一个缺点就是容易被腐蚀,这意味着在它们周围浇筑的混凝土需要有一定的厚度,并采用碳纤维增强聚合物(CFRP)制成替代具有抗腐蚀能力的钢筋。
但是,使用 CFRP 作为肌腱涉及到昂贵的设备,而且将它们锚定在构件的两端要复杂的工艺。这一点,再加上它们也有其局限性,这意味着预应力CFRP增强混凝土的使用并不像通过钢筋的那样广泛。
瑞士联邦材料科学与技术实验室(EMPA)的科研团队找到了新的突破口,为CFRP加固混凝土开发了一种特殊的配方,使其在硬化时膨胀。这意味着不需要锚定和拉伸钢筋,因为材料在硬化时自己就会膨胀。肌腱就会永久地保持这种状态,对混凝土施加反力,产生压应力。
该项目成员 Mateusz Wyrzykowski 博士表示:“如果你想为了能够建造更薄的结构,更高的承重能力而对这些CFRP加固材料进行预应力,你就会达到你的极限。这就像一个人在手臂上缠上一根橡皮筋 并试图拉伸它们,橡皮筋将处于紧张状态, 而一个人的手臂将经历橡皮筋的压缩,按照类比,这样的机制会让膨胀的混凝土经历压缩。”

这为更精益的混凝土构件打开了一扇门,提供了巨大的强度,团队的测试显示,自应力材料可以承受与传统预应力混凝土相当的荷载,比非预应力CFRP混凝土构件高出约三倍。
“我们的技术为轻质建筑开辟了全新的可能性,”Wyrzykowski说。”我们不仅可以建造更稳定的结构,还可以大大减少材料的使用量。我们可以很容易地同时在几个方向上进行预应力,例如用于薄混凝土板或棱形曲线混凝土外壳。”