A kutatók biztosítékokat találnak a kvantumkommunikációra

A hadsereg kutatói új módszert fejlesztettek ki a kvantum információk védelmére és védelmére, a kvantumhálózatokat egy lépéssel közelebb helyezték a valósághoz.

A kvantuminformatika egy gyorsan növekvő interdiszciplináris terület, amely az információk tárolásának, manipulálásának és kommunikációjának új módjait kutatja. A kutatók hatékony számítási képességeket szeretnének létrehozni a kvantumfizika alapelvein működő új hardverek felhasználásával.

A hadsereg számára az új kvantumparadigmák potenciálisan átalakulási képességekhez vezethetnek a nagy mennyiségű információ gyors, hatékony és biztonságos összegyűjtésében, cseréjében és feldolgozásában a jövő dinamikus csataterein.

Dr. Dan Jones, Brian Kirby és Michael Brodsky az amerikai hadsereg harci képességeinek fejlesztési parancsnokságának hadseregkutató laboratóriumától, Gabriele Riccardi és Cristian Antonelli professzorral csatlakozva a L'Aquila Egyetemtől a zajforrásokat tanulmányozták a kvantumkommunikációs csatornákon.

A zaj minden kommunikáció gyakori csapása - bárki, aki valaha is használt rádiót, rádiót vagy telefont, néha zajos vételt tapasztalt - mondta Brodsky. A kommunikációs mérnökök bonyolult sémákat dolgoznak ki a zaj eltávolítására és a továbbított jel lehető legnagyobb mértékű tisztítására.

Brodsky szerint a kvantumkommunikáció nem különbözik a kommunikációs csatornák zajra való hajlamáról. Valójában még inkább, mint a szokásos klasszikus kommunikáció, mert a kvantumjelek rendkívül alacsony teljesítményűek.

"Egy hasznos kvantumhálózat megtervezéséhez meg kell értenünk, hogy meddig, milyen gyorsan és mennyire megbízhatóan tudunk kvantuminformációt elküldeni" - mondta Brodsky. "Ehhez meg kell érteni a kommunikációs csatornák zaját."

Ahogy a csapat különböző típusú zajokat modellezett, utánzott, jellemzett és mért kvantumcsatornákban, a kutatók rájöttek, hogy míg egyes kvantumzajtípusokat lehetetlen kiszűrni, addig másokat meglehetősen könnyen el lehet távolítani.

Meglepő módon kiderült, hogy a rossz zaj átalakítható jó zajká, ha egyszerűen hozzáad egy olcsó extra komponenst a kvantumcsatornához. Ennek az extra vezérlésnek a segítségével módosíthatják a csatornát, és beállíthatják az átvitt jelet elfedő zaj tulajdonságait.

A laboratórium Quantum Networking Groupjának általános célja, hogy kísérletileg feltárja a kvantuminformációk legkorszerűbb foton technológiákon alapuló létrehozásának, tárolásának és feldolgozásának leghatékonyabb és legbiztosabb módszereit. A csoport fő munkagépe a labor kvantumhálózati próbapadja, amelyet a Maryland állambeli Adelphi központjában építettek. A kutatók a kvantum próbapad segítségével különböző fotonikai technológiai megközelítéseket tesztelnek a kvantum információk gyors és robusztus továbbításához nagy távolságokon keresztül.

"Egészen egyedi módon közelítjük meg kutatásainkat a rendszermérnöki kalapok viselésével" - mondta Jones.

A csoport kutatási köre kiterjed a kvantumhálózatok architektúrájának és működési elveinek kidolgozására, valamint a gyakorlati megvalósítás technológiai korlátainak megértésére és feltérképezésére, végül módszerek és technikák feltalálására, hogy mérlegelje ezeket a korlátokat. A jelenlegi kutatási eredmények az utóbbi két kategóriába tartoznak.

A folyamatban lévő következő projektek a kvantuminformációk teljesen hibamentes továbbításának érdekes módjának bemutatására összpontosítanak. A továbbiakban egy többfelhasználós kvantumhálózat létrehozása, amelyet a helyszínen telepítenek, és biztonságos titkos megosztási protokollok bemutatása két távolsági nagyvárosi campus között.

A kvantuminformatika területe világszerte virágzik, mivel potenciálisan felülmúlhatatlan képességekhez vezet a számítás, a kommunikáció és a hálózatépítés terén. Új paradigmákat kínál az információk kezelésében, ami biztonságos titkos megosztáshoz, elosztott hálózati érzékeléshez és hatékony döntéshozatalhoz vezetne.

"Kutatási eredményeink lépés a jövő harcosának felfegyverzése felé kvantumelőnyökkel, és jó példa arra, hogy a tudomány operacionalizálása hogyan eredményez transzformációs túlmérkőzést" - mondta Brodsky.

A csoport összefoglalta kutatási eredményeit, a Zaj klasszikus korrelációjának feltárása a kvantuminformációk helyi szűréssel történő helyreállításához, amelyet a szakértők által felülvizsgált New Journal of Physics elfogadott.