Sådan overlistes støj i kvantekommunikation

Hvordan overfører man pålideligt kvanteinformation, når forbindelseskanalerne påvirkes af skadelig støj? Forskere ved universitetet i Innsbruck og TU Wien (Wien) har præsenteret nye løsninger på dette problem.

I dag kommunikerer vi via radiosignaler og sender elektriske impulser gennem lange kabler. Dette kan snart ændre sig, dog:Forskere har arbejdet intenst på at udvikle metoder til overførsel af kvanteoplysninger. Dette ville muliggøre trykfri dataoverførsel eller en dag, selv sammenkædning af kvantecomputere.

Overførsel af kvanteoplysninger kræver pålidelig informationsoverførsel fra det ene kvantesystem til det andet, hvilket er ekstremt svært at opnå. Uafhængigt, to forskerhold - et ved universitetet i Innsbruck og det andet ved TU Wien (Wien) - har nu udviklet en ny kvantekommunikationsprotokol. Denne protokol muliggør pålidelig kvantekommunikation, selv under tilstedeværelse af forurenende støj. Begge forskningsgrupper arbejder med det samme grundlæggende koncept:For at gøre protokollen immun mod støj, de tilføjer et ekstra element, en såkaldt kvanteoscillator, i begge ender af kvantekanalen.

Pålidelig dataoverførsel

Forskere har gennemført kvantekommunikationsforsøg i lang tid. "Forskere fremlagde en kvanteteleportationsprotokol allerede i 1990'erne. Det tillader overførsel af tilstanden i et kvantesystem til et andet ved hjælp af optiske fotoner, "siger Benoit Vermersch, Postdoc i Peter Zollers gruppe ved universitetet i Innsbruck. Dette fungerer også over store afstande, men man må acceptere, at mange af fotonerne går tabt, og at kun en lille brøkdel når detektoren.

"Vores mål var at finde en måde til pålideligt at overføre en kvantetilstand fra det ene sted til det andet uden at skulle gøre det flere gange for at få det til at fungere, "forklarer Peter Rabl fra Atominstitut, TU Wien.

Superledende qubits, i særdeleshed, er lovende elementer for fremtidige kvanteteknologier. De er små kredsløb, der kan antage to forskellige tilstande på samme tid. I modsætning til konventionelle lyskontakter, der enten kan tændes eller slukkes, kvantfysikkens love tillader en qubit at antage enhver kombination af disse tilstande, som kaldes kvante -superposition.

For at overføre denne kvantetilstand fra en superledende qubit til en anden kræver mikrobølgefoton, som allerede bruges til klassisk signaloverførsel. Det er blevet anset for umuligt at overføre kvanteinformation pålideligt via et mikrobølge -regime, da den konstante termiske støj fuldstændigt overlader det svagere kvantsignal.

Ny overførselsprotokol

De to forskergrupper har nu vist, at disse forhindringer ikke er umulige at overvinde som tidligere antaget. I samarbejde med teams fra Harvard og Yale (USA) har de været i stand til at udvikle en overførselsprotokol, der er immun mod den uundgåelige støj.

"Vores tilgang er at tilføje et andet kvantesystem - en mikrobølgeoscillator - som en mægler i begge ender af protokollen for at koble qubits i stedet for at koble dem direkte til mikrobølgeovnkanalen eller bølgelederen, "forklarer Rabl.

"Vi kan ikke forhindre den termiske støj, der udvikler sig i kvantekanalen, "siger Benoit Vermersch." Det vigtige er, at denne støj påvirker begge oscillatorer på begge ender på samme måde. Derfor, vi er i stand til nøjagtigt at adskille den skadelige virkning af støjen fra det svagere kvantesignal gennem præcis kobling til bølgelederen. "

"Ifølge vores beregninger, vi kan forbinde qubits over flere hundrede meter med denne protokol, "siger Peter Rabl." Vi ville stadig være nødt til at afkøle kanalerne, men på lang sigt vil det være teknologisk muligt at forbinde bygninger eller endda byer kvantisk fysisk via mikrobølge -kanaler. "