Ny kvante-repeater baner vejen for store kvantedataoverførsler over lange afstande

Fysikere har designet en ny metode til at transmittere store kvantedata over lange afstande, der kræver langt færre ressourcer end tidligere metoder, bringe implementeringen af ​​langdistance store kvantedataoverførsel tættere på virkeligheden. Resultaterne kan føre til udvikling af fremtidige kvantenetværk, såsom et globalt kvante-internet.

Forskerne, Michael Zwerger og medforfattere ved universitetet i Innsbruck, Østrig, har udgivet et papir om den nye langdistancekvantekommunikationsmetode i et nylig nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

"Den største betydning af vores arbejde er, at vi leverer et effektivt og skalerbart system til kvantekommunikation over lange afstande, "Fortalte Zwerger Phys.org . "Vi tror, ​​at dette vil være en vigtig ingrediens for et fremtidigt kvanteinternet, hvor store mængder kvantedata vil blive transmitteret. Mest vigtigt, i modsætning til tidligere forslag, de nødvendige ressourcer (pr. transmitteret qubit) på hver repeaterstation skaleres ikke med afstanden, hvilket gør kvantedatatransmissionen mere effektiv. "

Den nye metode er afhængig af en alternativ type kvante -repeater - en enhed, der genererer kvanteforvikling på fjerne steder på et kvantenetværk for at bekæmpe signaltab, lidt hvordan en forstærker øger signalet i klassiske kommunikationsnetværk.

Den største fordel ved den nye kvanterepeater er, at den kan tillade, at kvantedatatransmission kan skaleres op til længere afstande meget lettere end med tidligere kvanterepeatere. Typisk, når transmissionsafstanden stiger, flere ressourcer (qubits) er nødvendige på hver repeaterstation. I tidligere ordninger, antallet af ressourcer vokser polylogaritmisk eller endda polynomisk på hver repeaterstation med afstanden.

Ved at bruge den nye kvanterepeater, antallet af ressourcer pr. transmitteret qubit forbliver konstant på hver repeaterstation; det er, det er helt uafhængigt af afstanden. Dette gør det muligt at overføre kvantedata over vilkårligt lange afstande ved hjælp af en relativt lille mængde ressourcer. I sin nuværende implementering, metoden bruger et par hundrede qubits på hver repeaterstation, og kan nå interkontinentale afstande.

Som fysikerne forklarer, nøglen bag den nye kvanterepeater er en sammenfiltringsdestillationsprotokol kaldet hashing, som genererer perfekte par sammenfiltrede qubits. Forskerne brugte også en optimeret målebaseret implementering, hvilket i høj grad reducerer uønsket støj. Disse værktøjer giver en høj fejltolerance og høje transmissionshastigheder, giver mulighed for kvantedatatransmission i realistisk støjende scenarier, såsom et kvanteinternet.

"Tænk bare på internettet, som det er vokset med årene, hvor dataoverførslen er steget dramatisk, "Sagde Zwerger." Man kan forestille sig et kvante -internet, hvor der i stedet for klassiske data overføres kvanteinformation. Ja, en række meget interessante anvendelser af en sådan kvantedatatransmission er blevet diskuteret, blandt dem kvantekryptografi, distribueret kvanteberegning og distribueret sansning. Virkelig sikker transmission kræver store nøgler, og dermed også store kvanteoverførselshastigheder. En lignende ting kan siges om muligheden for distribueret kvanteberegning. I tidlige proof-of-princip eksperimenter, satser og omkostninger er måske ikke en stor ting, men dette vil helt sikkert blive yderst relevant, når man skalerer op på tingene. Det er her, vores forslag bliver aktuelt."

I fremtiden, forskerne planlægger at udvide de nye quantum repeater -enheder til at arbejde med større netværk.

"Det foreliggende forslag er til punkt-til-punkt-kommunikation mellem en afsender og en modtager, " sagde Zwerger. "Vi planlægger at bruge lignende ideer til flerparts kvantenetværk med mange brugere. Ud over, vi undersøger i øjeblikket nye ordninger, hvor vi forsøger at anvende lignende teknikker på mindre skalaer - ved at tage nogle af ideerne i hashprotokollen og designe sammenfiltringsrensningsprotokoller og kommunikationsordninger, der kun bruger få qubits. Dette kan have indflydelse på en kortere tidsplan, når første prototype kvantekommunikationssystemer vil blive bygget. "

© 2018 Phys.org