At skabe et kvantespring i kvantekommunikation

Kvantekommunikation, som sikrer absolut datasikkerhed, er en af ​​de mest avancerede grene af den "anden kvanterevolution". I kvantekommunikation, de deltagende parter kan opdage ethvert forsøg på aflytning ved at ty til kvantemekanikkens grundlæggende princip - en måling påvirker den målte størrelse. Dermed, den blotte eksistens af en aflytning kan opdages ved at identificere de spor, som hans målinger af kommunikationskanalen efterlader.

Den største ulempe ved kvantekommunikation i dag er den langsomme hastighed af dataoverførsel, som er begrænset af den hastighed, parterne kan udføre kvantemålinger med.

Forskere ved Bar-Ilan University har udtænkt en metode, der overvinder denne "hastighedsgrænse", og muliggør en stigning i dataoverførselshastigheden med mere end 5 størrelsesordener! Deres resultater blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation .

Homodyne detektion er en hjørnesten i kvanteoptikken, fungerer som et grundlæggende værktøj til behandling af kvanteinformation. Imidlertid, standard homodyne-metoden lider af en stærk båndbreddebegrænsning. Mens kvanteoptiske fænomener, udnyttet til kvantekommunikation, kan nemt spænde over en båndbredde på mange THz, standardbehandlingsmetoderne for disse oplysninger er i sagens natur begrænset til det elektronisk tilgængelige MHz-til-GHz-område, efterlader et dramatisk hul mellem de relevante optiske fænomener, der bruges til at bære kvanteinformationen, og evnen til at måle det. Dermed, hastigheden, hvormed kvanteinformation kan behandles, er stærkt begrænset.

I deres arbejde, forskerne erstatter den elektriske ikke-linearitet, der tjener som hjertet i homodyne detektion, som omdanner den optiske kvanteinformation til et klassisk elektrisk signal, med en direkte optisk ikke-linearitet, at transformere kvanteinformationen til et klassisk optisk signal. Dermed, udgangssignalet fra målingen forbliver i det optiske regime, og bevarer den enorme båndbredde, som optiske fænomener tilbyder.

"Vi tilbyder en direkte optisk måling, der bevarer informationsbåndbredden, i stedet for en elektrisk måling, der kompromitterer båndbredden af ​​den kvanteoptiske information, " siger Dr. Yaakov Shaked, der foretog forskningen under sin ph.d. studier i laboratoriet af prof. Avi Pe'er. For at demonstrere denne idé, forskerne udfører en samtidig måling af en ultrabredbånds kvanteoptisk tilstand, spænder over 55THz, præsenterer ikke-klassisk adfærd på tværs af hele spektret. Sådan en måling, ved hjælp af standardmetoden, ville være praktisk umuligt.

Forskningen blev udført gennem et samarbejde mellem Quantum Optics Labs af Prof. Avi Pe'er og Prof. Michael Rosenbluh, sammen med Yoad Michael, Dr. Rafi Z. Vered og Leon Bello ved Institut for Fysik og Institut for Nanoteknologi og Avancerede Materialer ved Bar-Ilan University.

Denne nye form for kvantemåling er også relevant for andre grene af "den anden kvanterevolution", såsom kvanteberegning med superkræfter, kvantesansning med super følsomhed, og kvantebilleder med super opløsning.