Et netværk af krystaller til langdistance kvantekommunikation

Kvantefysikken kan garantere, at en besked ikke er blevet opsnappet, før den når sin destination. Takket være kvantefysikkens love, en lyspartikel - en foton - kan være i to forskellige tilstande samtidigt, sammenlignes med en mønt kastet i luften, som stort set er både hoved og hale, før den når jorden. Som når mønten bliver grebet, denne superposition af stater ødelægges, så snart den er læst. Denne ejendommelige funktion gør det muligt at opdage en ond aflytning, når du sender en besked. Imidlertid, denne teknik er indtil videre begrænset til korte afstande. For at udvide rækkevidden af ​​disse kvantekommunikationer, forskere fra universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, har demonstreret en ny protokol baseret på en krystal, der kan udsende kvantelys samt opbevare det i vilkårlige lange tider. Dette arbejde, at optræde i Fysisk gennemgangsbreve , baner vejen for en fremtidig kvanterepeater.

Kvantesuperposition er et af de fascinerende træk ved kvantefysikken. "For at teste sikkerheden af ​​kommunikationsforbindelsen, vi kan bruge lyspartikler, fotoner, hvorpå vi koder kvantebits (analogt med den bit, der bruges i databehandling), " forklarer Cyril Laplane, en forsker i gruppen for anvendt fysik ved UNIGE. Han fortsætter:"Så drager vi fordel af egenskaberne ved kvantesuperposition, tillader fotonen at være i to tilstande samtidigt, at teste sikkerheden af ​​et kommunikationslink". Hvis fotonen opsnappes og læses, staternes superposition er tabt, kun en af ​​de to stater er tilbage. Derfor, modtageren kan vide, om beskeden er blevet opsnappet.

Behovet for kvanterepeatere

Da denne protokol er afhængig af brugen af ​​enkelte fotoner, der er en uundgåelig chance for at miste partiklerne, når de forplanter sig i traditionelle kommunikationsforbindelser såsom den optiske fiber. Dette problem bliver mere og mere kritisk med afstanden. For at kunne kommunikere over lange afstande, man ville have brug for repeatere, som forstærker og genudsender signalet. Det er imidlertid umuligt at bruge en sådan procedure i kvantekommunikation uden at ødelægge staternes superposition. Fysikere skal bygge en kvanterepeater, der er i stand til at lagre fotonens dobbelte karakter, men også producere en sådan tilstand, en sand udfordring.

En krystalbaseret løsning

For at bygge en kvanterepeater, Forskere har undersøgt en masse atomare gasser, som normalt kræver tungt forsøgsapparat. "Vi bruger en krystal, der er i stand til at gemme lysets kvantetilstand. Den har den fordel, at den er relativt enkel at bruge med potentiale til meget lange opbevaringstider, " præciserer Jean Etesse, medforfatter til papiret. Disse krystaller er i stand til at absorbere lys og genoprette det senere, uden at læse informationen kodet på den. Desuden, de kan generere enkelte fotoner og gemme dem efter behov. Et andet stort aktiv er deres potentiale for miniaturisering.

Da krystallen er kilden og hukommelsen til kvanteinformation, det forenkler protokollen for kvanterepeatere og lægger grundlaget for et kvanteinternet. Fysikere hos UNIGE arbejder allerede på at skabe et elementært link til kvantekommunikation ved hjælp af en repeater.